sandvİÇ kompozİt plaklarin darbe darvaniŞlari

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKLARIN DARBE

DARVANIŞLARI

Umut POTOĞLU

Haziran, 2012

İZMİR

SANDVĠÇ KOMPOZĠT PLAKLARIN DARBE

DAVRANIġLARI

Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Yüksek Lisans Tezi

Makine Mühendisliği Bölümü, Mekanik Anabilim Dalı

Umut POTOĞLU

Haziran, 2012

ĠZMĠR

iii

TEŞEKKÜRLER

Yüksek lisans tez çalıĢmam süresince beni yönlendiren, değerli bilgilerini ve

yardımlarını esirgemeyen danıĢmanım Doç. Dr. Cesim ATAġ’a ve bu çalıĢmada

yardımını eksik etmeyen ve tecrübelerini paylaĢan Doç. Dr. Bülent Murat ĠÇTEN’e

ve emeği geçen herkese teĢekkürü bir borç bilirim.

Ayrıca eğitim hayatım boyunca bana maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen

babam Mehmet Hayri POTOĞLU ve annem Nermin POTOĞLU’na teĢekkür eder,

minnetimi sunarım.

Umut POTOĞLU

iv

SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKLARIN DARBE DAVRANIŞLARI

ÖZ

Bu tez çalışmasının temel amacı; E-camı/epoksi kabuklu PVC ve PET köpüğü

çekirdekli sandviç kompozit malzemelerin düşük hızlı darbe test davranışlarını

deneysel olarak incelemektir. Düşük hızlı darbe deneyinde kullanılacak sandviç

kompozit plakalar için vakum destekli infüzyon kalıplama yöntemi kullanılarak

üretilmiştir. Bu plakalardan 100 mm x 100 mm şeklinde kesilen numuneler bir test

düzeneği kullanılarak düşük hızlı darbe testine tabi tutulmuştur. Darbe testine tabi

tutulan numuneler için kuvvet, deplasman, absorbe edilen enerji, zaman, hız gibi

parametrelerin değişimi kaydedilmiş ve kendi aralarında köpüğe ve katman sayısına

göre karşılaştırılmıştır. Ayrıca, absorbe edilen enerji, maksimum kuvvet, maksimum

çökme ve toplam temas süresi gibi darbe parametreleri radar grafik formunda

verilmiştir. Radar grafikler hem farklı köpükler hem de farklı kabuk tabaka sayıları

için verilmiştir. Düşük hızlı darbe deneyi sonucu numuneler üzerinde oluşan hasar

modları incelenmiş, grafiklere ait çeşitli hasarlı numune fotoğrafları sunulmuştur.

Anahtar kelimeler: sandviç kompozit, darbe, çekirdek, köpük, vakum destekli

reçine infüzyonu

v

IMPACT BEHAVIOR OF SANDWICH COMPOSITE PLATES

ABSTRACT

The main purpose of this thesis is to examine low-velocity impact behavior of

sandwich composite materials with PVC, PET foam cores and E-glass/epoxy skin

experimentally. Vacuum assisted resin infusion method was used for manufacturing

of sandwich composite plates to be used in low-velocity impact tests. Afterwards, the

samples with dimensions of cut from the plates 100 mm x 100 mm were subjected to

low-velocity impact test by using a test fixture. For the samples tested, the variation

of the impact parameters such as force, displacement, absorbed energy, time and

velocity were recorded. The mentioned parameters are compared for different foams

and thicknesses. In addition, the variation of some parameters such as absorbed

energy, maximum force, maximum deflection and contact time are presented in the

radar graphic form. The radar graphs are provided for both different foams and

varied face-sheet thicknesses.

Keywords: sandwich composite, impact, core, foam, vacuum assisted resin infusion

vi

İÇİNDEKİLER

Sayfa

YÜKSEK LİSANS TEZİ SINAV SONUÇ FORMU .................................................. ii

TEŞEKKÜR ................................................................................................................ iii

ÖZ ............................................................................................................................... iv

ABSTRACT ................................................................................................................. v

BÖLÜM BİR-GİRİŞ .................................................................................................. 1

BÖLÜM İKİ-SANDVİÇ KOMPOZİTLER ............................................................ 8

2.1 Sandviç Yapılı Kompozitler .............................................................................. 8

2.1.1 Tanım ........................................................................................................ 8

2.1.2 Sandviç Kompozitlerin Bileşenleri ...................................................... 8

2.1.2.1 Çekirdek ....................................................................................... 9

2.1.2.2 Yüzeyler ....................................................................................... 9

2.1.3 Sandviç Kompozitlerin Özellikleri .................................................... 10

2.1.4 Sandviç Kompozitlerin Avantajları.................................................... 11

2.1.5 Sandviç Kompozitlerin Dezavantajları .............................................. 12

2.1.6 Sandviç Kompozitlerin Uygulamaları ................................................ 12

BÖLÜM ÜÇ-LAMİNE VE SANDVİÇ KOMPOZİTLERDE DARBE TEPKİSİ.

.................................................................................................................................... 14

3.1 Giriş ................................................................................................................. 14

3.2 Düşük Hızlı Darbe (LVI) ................................................................................ 15

3.2.1 Genel Bilgiler .......................................................................................... 15

3.2.2 Test Ekipmanı ......................................................................................... 16

3.2.2.1 Aletli Ağırlık Düşürme Darbe Testi ................................................ 16

3.2.3 Darbe Enerjisi ......................................................................................... 19

3.2.4 Düşük Hızlı Darbelerde Hasar Modları .................................................. 20

vii

3.2.4.1 Matris Hasarı ................................................................................... 21

3.2.4.2 Delaminasyon .................................................................................. 21

3.2.4.3 Fiber Kırılması ................................................................................ 22

3.2.4.4 Nüfuziyet ......................................................................................... 22

3.3 Sandviç Kompozitlerde Düşük Hız Darbeleri................................................. 23

BÖLÜM DÖRT- SANDVİÇ KOMPOZİT MALZEME ÜRETİM VE

MALZEME ÖZELLİKLERİ ................................................................................. 25

4.1 Vakum Destekli Reçine İnfüzyon Yöntemi .................................................... 25

BÖLÜM BEŞ-DÜŞÜK HIZLI DARBE DENEYİ VE BASMA DENEYİ

SONUÇLARI VE ANALİZLERİ ........................................................................... 37

5.1 Kuvvet-Deplasman Grafiği ............................................................................. 37

5.2 Absorbe Edilen Enerji-Zaman Grafiği ............................................................ 42

5.3 Hız-Deplasman Grafiği ................................................................................... 43

5.4 Eş Enerji Grafiği ............................................................................................. 44

5.5 Karşılaştırmalı Kuvvet-Zaman-Enerji ve Kuvvet-Deplasman-Enerji Eğrileri 45

5.6 Kuvvet-Deplasman Grafiklerinin Farklı Tabaka Sayılarına ve Farklı Çekirdek

Malzemelerine Göre Karşılaştırılması ....................................................................... 52

5.7 Radar Grafik ile Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması .................................. 62

BÖLÜM 6-SONUÇLAR .......................................................................................... 70

KAYNAKLAR ......................................................................................................... 71

1

BÖLÜM BİR

GİRİŞ

Yeni teknoloji uygulamalarında giderek artan performans istekleri, yeni malzeme

arayışlarını da beraberinde getirmiştir. Tek bir malzeme kullanarak yüksek ve

tavizsiz performans sağlamak zor olduğunda, bir ya da daha fazla malzemeyi bir

araya getirerek yeni malzemeler meydana getirme yoluna gidilmiştir. Tek bir klasik

malzemenin veremeyeceği belli özellik kombinasyonlarını verebilen bu tür

malzemelere kompozit malzeme denilmektedir. En az iki farklı özellikteki

malzemenin bir araya makroskopik olarak getirilmesi ile elde edilen yeni malzemeye

kompozit denir.

Kompozit malzemelerin belli başlı avantajlarından bazıları: yüksek mukavemete

karşılık hafiflik, korozif direnç, istenen yönde termal ve fiziksel özelliklerdir.

Matris malzemenin ve takviye malzemesinin özellikleri, bu fazların birbirlerine

yapışma kabiliyeti ve takviye malzemesinin yapı içindeki dizilişi bir kompozit

malzemenin nihai özelliklerini belirler.

Günümüzde, kompozit malzemeler havacılık ve uzay endüstrilerinde hafiflikleri

ve yüksek mukavemetleri nedeni ile geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Bunun

dışında enerji sektöründe (rüzgar türbini kanadı gibi), yapılarda, alt yapı amaçlı

borularda, basınçlı tanklarda, deniz araçlarında, savunma sanayinde, sportif amaçlı

parçalarda ve daha pek çok alanda kompozit malzemeler sıklıkla kullanılmaktadır.

Günümüzde, özellikle yüksek eğilme direncinin istendiği yerlerde sandviç

kompozit malzemeler çok sıklıkla kullanılmaktadır. Sandviç kompozit malzemelerin

ortasında çok hafif ama mukavemeti düşük, üst ve alt kısmında ise kabuk olarak

adlandırılan daha ince fakat mukavemeti yüksek kompozit parçalar (cam-epoksi,

aramid-epoksi veya karbon-epoksi gibi) yer alır. Bu tür kompozit malzemelerde

ortada ara malzeme (veya çekirdek) olarak kullanılan malzemeler genellikle çeşitli

köpükler (PVC, PET), balsa ağacı ve bal peteği formundaki alüminyum veya

termoplasikten yapılmaktadır. Literatürde sandviç kompozit malzemelerin mekanik

davranışları üzerine yapılmış birçok çalışma vardır. Bunlardan bazıları aşağıda yer

verilmiştir.

2

Ataş ve Sevim (2010) balsa ağacı ve PVC köpüğü içeren sandviç kompozitlerin

darbe direnci üzerine bir çalışma yapmıştırlar. Bu çalışma, balsa ağacı, PVC köpük

malzemelerinden yapılmış sandviç panellerin darbe direnci üzerine bir inceleme

içermektedir. Farklı darbe enerjileri kullanılarak birtakım testler gerçekleştirilmiştir.

Sandviç kompozitlerin hasar mekanizmaları, yük-deformasyon eğrileri, enerji profili

diyagramları ve hasarlı numune fotoğrafları kullanılarak analiz edilmiştir. Gözlenen

başlıca hasar modları üst ve alt yüzeylerde fiber kırılmaları, bitişik cam-epoksi

katmanları arasında delaminasyon, çekirdek kırılmaları ve yüzey/çekirdek

ayrılmasıdır. Üst ve alt yüzey levhalarının görsel olarak incelenmesine ilave olarak

su jeti ile kesit alma şeklinde yapılan tahribatlı incelemeler tabakalardaki ve

çekirdeklerdeki hasar mekanizmalarına ilişkin ip uçları verilmiştir. Tekli darbe

hasarlarının yanında, numunelerin tekrarlı darbe davranışları da gözlemlenmiştir.

Anderson ve Madenci (2000) sandviç kompozitlerin düşük hızlı çarpışma (darbe)

karakteristiklerinin deneysel olarak incelenmesi üzerine bir çalışma yapmışlardır. Bu

çalışmada sandviç kompozitlerin düşük hızda çarpışmaya (darbeye) verdiği tepkiyi

inceleyen deneysel bir inceleme sunulmaktadır. Grafit/epoksi yüzey levhalı ve köpük

ya da bal peteği çekirdekli bir takım sandviç kompozit konfigürasyonlarında görülen

hasar türlerinin ve miktarlarının karakterize edilebilmesi için darbe testleri

yapılmıştır. Köpük çekirdekli numunelerde, önemli miktarda hasara ve 0,13 mm’den

fazla kalıcı ezilmeye rastlanmıştır. Bal peteği numunelerde rastlanan 0,25 mm kalıcı

ezilme, önemli miktarda iç hasar meydana geldiğini göstermiştir. Ancak, hem bal

peteği hem de köpük numunelerin yüzeyleri bu darbe enerjisi seviyelerinde çok az

miktarda hasara uğramıştır.

Hosur ve arkadaşları (2007) nanofazlı köpük çekirdekli sandviç kompozitlerin

darbe performansı üzerine bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada, düzgün ve

nanofazlı köpük çekirdek ile üç katmanlı düz örgülü karbon kumaş/Sc-15 epoksi

kompozit yüzey levhalarından sandviç paneller üretilmiştir. Ağırlıkça %0,5 ve %1

Nanocor 1-28E nanokil içeren düzgün ve nanofazlı köpük çekirdekler hazırlanmıştır.

Bundan sonra da ko-enjeksiyonlu reçine transfer kalıplama prosesi kullanılarak

sandviç paneller üretilmiştir. Bu panellerden 100 mm x 100 mm boyutlarında kesilen

numuneler düşük hızlı darbe (çarpışma) testine tabi tutulmuştur. Panellerin

3

çarpışmaya tepkisi maksimum kuvvet, absorbe edilen enerji, zaman ve maksimum

kuvvetteki deformasyon cinsinden kaydedilmiş ve analiz edilmiştir. Bundan sonra,

test edilen numuneler, ikiye bölünmüş ve numunelerin hasarlarının anlaşılabilmesi

için tarayıcı, optik mikroskop ve tarayıcı elektron mikroskobu (SEM) ile

taranmışlardır. Nanofazlı numuneler, düzgün numunelere kıyasla daha büyük

kuvvetlere dayanabilmişler ve daha az hasar görmüşlerdir. Nanofazlı köpük

çekirdekler nispeten daha gevrek kırılmışlardır.

Mohan ve arkadaşları (2011) alüminyum köpük çekirdekli sandviç yapıların darbe

davranışları üzerine bir çalışma yapmışlardır. Metalik köpük çekirdek ve yüzey

plakalarından oluşan sandviç paneller, çoğunlukla darbe ve patlama kuvvetlerine

dayanımları nedeniyle kullanılmaktadır. Güncel uygulama gereksinimlerine bağlı

olarak, söz konusu performans yüzey levha dizaynlarında uygun kombinasyonların

kullanılması ile artırılabilir. Bu çalışmada, davranışları elastik, elastik-ideal plastik

ve elastik-plastik deformasyon sertleşmesi davranışı sergileyen çeşitli özel yüzey

levhaları ile alüminyum köpüklerin bileşiminden oluşan kompozitlerin darbe

davranışları incelenmiştir. Bu deney alüminyum köpük üzerinde yarım küre şeklinde

ezici uçlar kullanarak, yüzey levhası varken ve yokken yapılmıştır. Hasarın

başlamasına ilişkin hasar modları, enerji absorpsiyon kapasitelerinin karşılaştırılması

ile tartışılmıştır. Sonuçlar, köpük kalınlığının artışının ve yüzey levhasının

kullanılmasının darbe enerjisi emme kapasitesini artırdığını göstermektedir. Yüzey

levhasının türü sadece enerji absorpsiyon kapasitesini değil, aynı zamanda köpük

blokların hasar modunu etkilemektedir.

Vaidya ve arkadaşları (2000) sandviç kompozit panellerin darbe davranışı üzerine

bir çalışma yapmıştırlar. Bu makalede, hafifliği ve eğilme dayanımının yanı sıra,

birçok fonksiyonel fayda sağlayan yeni teknoloji integre edilmiş oyuklu, E-

camı/eğilme çekirdekli sandviç kompozitlerle ilgilidir. Geleneksel köpük ve bal

peteği çekirdeklerle karşılaştırıldığında entegre (bütünleşik) boşluklu çekirdek, diğer

faydalarının yanı sıra, içinden kablolar/çubuklar geçirmeye, elektronik parçalar

koymaya ve yakıt ve yangın tutucu köpük depolamaya uygundur. Mevcut çalışmada,

bu yeni teknoloji entegre sandviç çekirdekli kompozitlerin düşük hızdaki darbe

(LVI) davranışı araştırılmıştır. Bu çalışmada üç farklı kalınlıkta bütünleşik ve içine

4

fonksiyonel parça yerleştirilmiş E-cam/epoksi sandviç çekirdek (6,9 ve 17 mm olmak

üzere) incelenmiştir. Düşük hız darbe sonuçları, oyuk ve içine fonksiyonel parça

yerleştirilmiş entegre çekirdeğin maruz kaldığı lokalize hasar, darbenin bulunduğu

bölgedeki çekirdek elemanları ile sınırlı kaldığını göstermiştir.

Schubel ve arkadaşları (2004) kompozit sandviç panelleri düşük hızda darbe

(çarpışma) direnci üzerine bir çalışma yapmışlardır. Kompozit sandviç yapıları düşük

hızlı darbe hasarına duyarlı olup, hasar esnasında yükleme ve hasar prosesinin doğru

bir şekilde karakterize edilmesi önemlidir. Bu çalışmanın amacı örgü karbon/epoksi

yüzey plakalarından ve PVC köpük çekirdekten oluşan sandviç panellerin düşük

hızda darbe davranışlarını deneysel olarak incelemektedir. Testten sonra hasar

karakterize edilmiş ve sayısallaştırılmıştır. Sonuçlar eşdeğer statik yükleme ile

karşılaştırılmış ve düşük hızda darbenin lokalize hasara göre yarı-statik özellikte

olduğu sonucuna varılmıştır. Kolay bir maksimum (pik) darbe kuvveti hesaplama

metodu, deneysel sonuçlara uygun neticeler vermiştir. Temas yükü-ezilme ilişkisi de,

statik yükleme durumu için incelenmiştir. Deneysel sonuçlar analitik ve sonlu

elemanlar analizi ile karşılaştırılarak sandviç panelin ezilme davranışının tahmininde

bunların etkinliği belirlenmeye çalışılmıştır.

Gustin ve arkadaşları (2004) kevlar/karbon fiber kombinasyonu sandviç

kompozitlerin düşük hızdaki darbe davranışı üzerine bir çalışma yapmışlardır. Bu

çalışmada, karbon fiber/kevlar kombinasyonu sandviç kompozitlerin darbe, darbe

sonrası bası ve çekme dayanım özellikleri incelenmiştir. Alt yüzey levhaları, sandviç

kompozitlerin yüksek toplam esneklik dayanıklılığını koruyabilmek için tamamen

karbon fiberden yapılmıştır. Bu araştırmanın amacı, darbe alan taraftaki karbon fiber

yüzey levhaları kevlar ya da hibrit levhalarla değiştirildiğinde darbe özelliklerinde

bir iyileşme olup olmadığını gözlemlemektir. Ayrıca darbe testlerinden sonra yapılan

bası testi ile darbe almış numunelerle almamış numuneler arasındaki bası

özelliklerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Karbon fiber, kevlar ve hibritin elastik

modülü çekme testleri ile elde edilmiştir. Bu veri karbon fiber tabakaları kevlar veya

hibrit tabakalar ile değiştirildiğinden dayanımda meydana gelen değişimi karakterize

etmek için kullanılmıştır.

5

Foo ve arkadaşları (2007) alüminyum bal peteği sandviç panellerinin düşük

hızdaki darbe bir çalışma yapmışlardır. Bu makalede, düşük hızda darbeye maruz

bırakılmış alüminyum sandviç panellerin hasar davranışı gözlenmiştir. Bal peteği

sandviç kompozit ABAQUS yazılımı kullanarak modellenmiştir. Bu modelleme

yaklaşımı çarpışma hasarının yapı içinde yayılmasını etkileyen parametrelerin daha

iyi anlaşılmasını sağlamıştır. Alüminyum alaşımlarının deformasyon sertleşmesi

davranışı ve bal peteği çekirdeğinin yoğunluğunun darbe davranışını etkilediği

gösterilmiştir.

Bhuiyan ve arkadaşları (2009) nanofazlı köpük çekirdek ve (±450) dizilimideki

örgülü kabuktan oluşan sandviç kompozitlerin düşük hızda darbe davranışı üzerine

bir çalışma yapmışlardır. Bu makalede, farklı çekirdek yapılarına sahip sandviç

panellerin düşük hızda darbe davranışlarını inceleyen bir çalışma sunmaktadır.

Çalışmadaki sandviç paneller, düzgün ve nanofazlı köpük çekirdek ve iki eksenli

(±450) karbon kumaş/SC-15 epoksi kompozit yüzey levhalarından oluşmuştur.

Çalışma için ağırlıkça %0,2, %0,4 ve %0,6 karbon nanofiber içeren düzgün ve

nanofazlı köpük çekirdekler hazırlanmıştır. Bundan sonra, sandviç paneller vakum

destekli reçine transfer kalıplama prosesi (VARTM) kullanılarak üretilmiştir. Bundan

sonra 80 mm x 80 mm büyüklüğünde numuneler kesilerek, düşük hızda darbe testleri

15, 29 ve 44 J olmak üzere üç farklı enerji seviyesinde gerçekleştirilmiştir. Panellerin

darbe davranışı maksimum kuvvet, absorbe edilen enerji, zaman ve maksimum

kuvvetteki deformasyon cinsinden kaydedilmiş ve analiz edilmiştir. Test edilen

numuneler bundan sonra ikiye bölünmüş ve kırılma yüzeylerinin dijital bir

görüntüsünü almak üzere bir tarayıcı ile taranmıştır. Hasar bölgesi ve numune

hasarlarının görülmesi için de tarayıcı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır.

Nanofazlı köpük içeren numuneler, normal numunelere göre daha yüksek pik

kuvvetler vermiştir. Nanofazlı yapılar normal numunelerle karşılaştırıldıklarında

düşük enerji seviyesinde daha fazla enerji, yüksek enerji seviyesinde de daha az

enerji absorbe etmişlerdir. Nanofazlı sistemler arasında ağırlıkça %0,2’lik nanofazlı

sistem en iyi performansı sergilemiştir.

Hosur ve arkadaşları (2004) hibrid yüzey levhalı köpük sandviç kompozitlerin

imalatı ve düşük hızda darbe karakterizasyonu üzerine bir çalışma yapmışlardır.

6

Kullanılan sandviç kompozitler vakum destekli reçine infüzyon yöntemi ile

üretilmiştir. Sandviç plakanın kabuk kısmında S2 camı ve karbon kumaşlar

kullanılmıştır. Bir kenarı 100 mm olan kare şeklinde numuneler, bir darbe test cihazı

kullanılarak 15, 30 ve 45 J’luk üç farklı enerji seviyesinde darbe testine tabi

tutulmuştur. Her üç numune de her enerji seviyesinde test edilmiştir. Maksimum

kuvvet, maksimum kuvvet-zaman, maksimum kuvvet-deformasyon ve absorbe

edilen enerji değerleri farklı tabaka dizilişleri için tespit edilmiş ve karşılaştırılmıştır.

Hasar modları, numunelerin kesidini alarak ve optik mikroskop altında

gözlemleyerek incelenmiştir. Farklı yüzeyler arasından, cam yüzeyler en büyük

kuvvet değerini vermiş, bunu sırası ile cam-karbon hibrid, karbon-cam hibrid ve

karbon yüzeyler takip etmiştir.

Hosur ve arkadaşları (2006) nanokil dolgulu sandviç kompozitlerin işlenmesi ve

bunların düşük darbe kuvvetlerine tepkileri üzerine bir çalışma yapmışlardır. Bu

çalışmada, düzgün ve nanofazlı köpük çekirdeklerden ve üç tabakalı düz örgülü

karbon kumaş/SC-15 epoksi nanokil yüzey levhalarından oluşan sandviç paneller

üretilmiştir. Ağırlıkça %0,5 ve %1 Nanocor I-28E nanokil içeren düzgün ve

nanofazlı köpük çekirdekler hazırlanmıştır. Bundan sonra sandviç paneller ko-

enjeksiyon reçine transfer kalıplama prosesi kullanılarak üretilmiştir. Yüzey levhaları

ağırlıkça %1 ve %2 nanokil içeren SC-15 epoksi malzemenin 3 tabaka düz örgülü

karbon kumaşa infüzyonu ile imal edilmiştir. Bundan sonra panellerden 100 mm x

100 mm büyüklüğünde numuneler kesilmiş ve düşük hızda darbe testine tabi

tutulmuşlardır. Bundan sonra numunelerin darbe davranışı kaydedilmiş ve

karşılaştırılmıştır. Daha sonra test edilen numuneler ikiye bölünmüş ve numunelerin

hasarlarını anlayabilmek için tarayıcı, optik mikroskop ve tarayıcı elektron

mikroskobu (SEM) kullanılarak taranmışlardır. Deneylerde, nanofazlı köpük içeren

numunelerde daha yüksek temas kuvvetleri meydana gelmiş ve normal numunelerle

karşılaştırıldıklarında daha düşük hasar bölgeleri oluşmuştur. Nanofazlı köpük

çekirdekler gevrek kırılma sergilemişlerdir.

Hazizan ve Cantwell (2003) bir alüminyum bal peteği sandviç kompozitin düşük

hızda darbe davranışı üzerine bir çalışma yapmışlardır. Düşey ağırlıklı bir darbe test

cihazı kullanılarak, iki alüminyum sandviç kompozit yapısının düşük hızda darbe

7

davranışları incelenmiştir. Başlangıçta, cam fiber katkılı/epoksi yüzeyli ve

alüminyum çekirdekli kompozitlerin deformasyon hızı duyarlılığı bir takım bükülme,

kayma ve ezilme testleri ile araştırılmıştır.

Bu tez kapsamında ise, iki farklı çekirdek malzemesi (PVC, PET) kullanılarak

cam elyaf-epoksi sandviç kompozitlerin darbe davranışları incelenmiştir. Sandviç

yapının üst ve alt kabuk kısmında iki yönlü ±450 kumaşlar kullanılmıştır. Üst ve alt

kabuktaki tabaka sayıları (±450)n şeklinde seçilmiştir. Yani iki farklı çekirdek ve dört

farklı kabuk kalınlığına sahip sandviç kompozitler için araştırma yapılmıştır. Deney

verilerinden yararlanarak, numunelere ait çeşitli darbe parametrelerinin (maksimum

kuvvet, maksimum çökme, absorbe edilen toplam enerji gibi) farklı dizilişteki

numuneler için değişim grafikleri oluşturulmuş, sonuçlar hasarlı numune fotoğrafları

da kullanılarak karşılaştırılmış ve hasar mekanizmalarına ilişkin yorum ve

değerlendirmeler yapılmıştır.

8

BÖLÜM İKİ

SANDVİÇ KOMPOZİTLER

2.1 Sandviç Yapılı Kompozitler

Sandviç yapılı kompozitler özellikle hafiflikleri ve yüksek eğilme dayanımları

nedeniyle birçok uygulamada kullanılmaktadır. Bu alanların başında hava araçları ve

deniz araçları gelmektedir.

Sandviç yapılı kompozit malzemelerin bir konstrüksiyon malzemesi olarak

kullanılma potansiyeli, İkinci Dünya Savaşı esnasında fark edilebilmiştir.

Havacılıktaki gelişmeler, hafif, yüksek mukavemetli ve eğilme direnci gösteren

malzemeler gerektirmiş, bu gereksinimleri yerine getiren sandviç yapılı kompozitler

de yapısal bileşenler de dâhil olmak üzere birçok uygulama için ilk tercih

olmuşlardır.

2.1.1 Tanım

Sandviç kompozitler, çekirdek adı verilen, hafif ve kalın bir tabakanın her iki

tarafına eklenmiş iki ince ama sağlam yüzey levhasından oluşurlar. Çekirdek,

malzemenin toplam yoğunluğunu azaltırken sert tabakalar da mukavemeti sağlarlar.

Sandviç kompozitlerin yapısı Şekil 2.1’de gösterilmiştir.

Şekil 2.1 Sandviç kompozit malzemenin yapısı (Gay, 2003)

Yüzey ve çekirdek arasındaki iç bağlar uygulanan kuvvetler arasında ara yüzün

bozulmasını önler ve sandviç kompozitin esneklik özelliklerini güçlendirir. Yüzey ve

çekirdek kalınlığı arasında herhangi bir genel kural yoktur. Tamamen uygulamaya ve

gerekli özelliklere bağlıdır. Sandviç yapılı kompozitlerin en büyük avantajı gerekli

9

bileşen malzemeleri ve bunların hacimsel fiber yoğunluğu seçerek özelliklerin

ayarlanabilmesidir (Gupta, 2003).

2.1.2 Sandviç Kompozitlerin Bileşenleri

Sandviç kompozitlerin başlıca iki bileşeni vardır, bunlar Şekil 2.1’de gösterildiği

gibi yüzey ve çekirdektir. Eğer yüzeyi çekirdeğe yapıştırmak için bir yapıştırıcı

kullanılırsa, bu yapışkan tabaka aynı zamanda yapıdaki ilave bir bileşen olarak da

değerlendirilir. Bu yapışkan tabakanın kalınlığı genelde, yüzeyin ya da çekirdeğin

kalınlığından çok daha az olduğu için ihmal edilir. Sandviç kompozitlerin özellikleri

çekirdek ve yüzeylerin özelliklerine, bunların bağıl kalınlıklarına ve aralarındaki

bağın karakteristiğine bağlıdır.

2.1.2.1 Çekirdek

Performans gereksinimlerine bağlı olarak, birçok malzeme çekirdek olarak

kullanılır. Sık kullanılan çekirdek malzemeleri aşağıdaki gibi üç sınıfa bölünür:

1. Düşük yoğunluklu katı malzemeler: Açık ve kapalı hücre yapılı köpükler,

balsa ve diğer ağaç türleri

2. Hücre formundaki genişlemiş yüksek yoğunluklu malzemeler: Bal peteği, ağ

çekirdek

3. Oluklu formdaki genişlemiş yüksek yoğunluklu malzemeler: Kiriş, oluklu

levhalar

Genişlemiş çekirdek yapımında kullanılan yüksek yoğunluklu malzemeler

alüminyum, titanyum ve çeşitli polimerleri içerirler. Çekirdek malzemesinin yapımı

yüzeyler ve çekirdek arasındaki ara yüz temas bölgesini etkiler. Genişlemiş yüksek

yoğunluklu malzemeler normalde düşük yoğunluklu malzemelere göre çok daha

küçük temas alanı sağlarlar. Çekirdek için uygun yapının seçimi, verilen

spesifikasyonlara ya da hizmet koşullarına göre bir sandviç kompozit tasarlamak için

gerekli bir diğer parametredir.

Kapalı hücre yapılı köpük gibi çekirdeklerin kullanımının, açık hücre yapılı

köpük ve çekirdeklere göre büyük avantajları vardır. Kapalı hücre yapılı köpüklerin

10

spesifik bası mukavemeti çok daha yüksek olup, açık hücre yapılı köpükten çok daha

fazla enerji absorbe ederler (Gupta, 2003).

2.1.2.2 Yüzeyler

Yüzey olarak birçok malzeme kullanılmaktadır. Yüzey malzemelerine örnek

olarak, alüminyum, titanyum ve çelik gibi malzemelerin levhaları ile fiber katkılı

plastikler örnek verilebilir. Fiber katkılı yüzeyler kullanılması durumunda, malzeme

özellikleri, sandviç kompozitin özelliklerini ayarlamak için doğrudan kontrol

edilebilir. Fiber katkılı polimerler, düşük yoğunlukları ve yüksek özgül

mukavemetleri nedeni ile yaygın olarak kullanılırlar. Polimer kompozitlerin yüzey

olarak kullanılmalarındaki diğer bir avantaj da, aynı polimerin hem yüzey hem de

çekirdek yapımında kullanılabilecek olmasıdır. Çekirdek ve yüzey arasındaki çapraz

polimer bağları, polimer mukavemetine yakın bir adezyon mukavemetine sahiptir.

Yüzey ve çekirdeği birbirine bağlamak için bir yapıştırıcı madde kullanıldığı

taktirde, bu maddenin seçimi çok büyük önem kazanır, zira bu malzemeler hem

yüzey hem de çekirdek malzemeleri ile uyumlu olmalıdırlar. Adezyon kuvvet

istenilen mukavemeti sağlamalıdır ve çalışma ortamından etkilenmemelidir.

Metalik bileşenler söz konusu olduğunda, yüzey ve çekirdeği bağlamak için

kaynak ya da lehim metotları kullanılır. Yapıştırıcıların kullanımı da mümkündür,

ancak sadece bileşenlerden bir yada daha fazlasının kaynak/lehim ısısına dayanıklı

olmadığı durumlarla sınırlıdır.

Yüzey seçimi çalışma ortamı açısından önemlidir zira yapının bu kısmı dış ortam

ile doğrudan temas halinde olmaktadır. Korozyon, ısı transfer karakteristikleri, ısıl

genleşme karakteristikleri, nem emme ve bütün bir sandviç kompozitin diğer

özellikleri uygun yüzey malzemesinin seçimi ile kontrol edilebilir. Çoğu durumda

sandviçin her iki yüzeyi de aynı tiptedir, ancak belli özelliklere bağlı olarak değişik

tiplerde olabilir. Fark malzeme, kalınlık, fiber oryantasyonu, fiber hacimsel

yoğunluğu ve diğer formlarda olabilir (Gupta, 2003).

11

2.1.3 Sandviç Kompozitlerin Özellikleri

Kompozit malzemelerin temel avantajı uygulamaya bağlı olarak özelliklerinin

ayarlanabilmesidir. Aynı avantaj sandviç kompozitler için de geçerlidir. Uygun

yüzey ve çekirdek seçimi sandviç kompozitlerin birçok uygulama ve çevresel koşula

uyum sağlayabilmelerini mümkün kılar. Sandviç kompozitlerin birtakım

karakteristikleri aşağıda sıralanmıştır.

1. Düşük yoğunluk: Hafif çekirdek ya da genişlemiş yapılı yüksek yoğunluklu

malzeme seçimi, sandviç kompozitin toplam yoğunluğunu düşürür. Sandviç

kompozitte, çekirdek hacmi yüzey hacmine göre oldukça fazladır, dolayısı ile

çekirdek malzemesinin yoğunluğundaki her azalış, toplam sandviç

yoğunluğunda önemli etkiye sahiptir.

2. Eğilme dayanımı: Yüzeylerdeki dayanımı yüksek kısımlar (kabuk) ile

kalınlığı yüksek çekirdek birlikte sandviç yapının eğilme dayanımını ve

eğilme rijitliğini önemli ölçüde arttırır.

3. Çekme ve basma dayanımı: Şekil 2.2’de görüldüğü gibi z-yönü özellikleri

çekirdek özelliklerine ve x ve y özellikleri yüzey özellikleri ile kontrol edilir.

Şekil 2.2 Sandviç kompozit malzemenin eksenler üzerinde gösterimi

(Gupta, 2003)

4. Hasar toleransı: Çekirdek olarak esnek köpük ya da ezilebilir malzemenin

kullanımı sandviç malzemesini hasara çok dayanıklı bir yapı halinde getirir.

12

Bu sebepten ötürü köpük çekirdek ya da oluklu çekirdek sandviç yapılı

malzemeler, paketleme uygulamalarında sıklıkla kullanılırlar (Gupta, 2003).

2.1.4 Sandviç Kompozitlerin Avantajları

Sandviç kompozitlerin avantajları şunlardır:

Özelliklerin gereksinimlere göre ayarlanması

Çekirdek ve yüzeyler için bol miktarda içerik alternatifi bulunması

Düşük yoğunluk ve buna bağlı olarak ağırlıktan kazanma

Yüksek eğilme dayanımı

Daha yüksek hasar toleransı

Yerinde imalat

İyi titreşim sönümleme özelliği

2.1.5 Sandviç Kompozitlerin Dezavantajları

Sandviç kompozitlere özgü, yeni malzemelerin ve imalat metotlarının

geliştirilmesi ile aşılabilecek belli eksiklikler vardır. Bunların bir kısmı şunlardır:

Sandviç kompozitlerin nispeten daha kalın olması

Sandviç kompozitlerin konvansiyonel malzemelere göre daha pahalı

olması

Sandviç kompozitleri işlemenin daha pahalı olması

Birleştirme işleminin daha zor olması

Hasar görmeleri durumunda tamirlerinin zor olması

2.1.6 Sandviç Kompozitlerin Uygulamaları

Düşük yoğunluklu, yüksek mukavemetli ve yüksek hasar toleranslı malzemeler

gerektiren birçok uygulama vardır. Hafiflikleri nedeniyle sandviç kompozitler hava,

yer ve deniz taşımacılığında kullanılan birçok araçta yer alırlar. Sandviç

kompozitlerin belli başlı uygulama alanlarından bazıları şunlardır:

1. Yapısal uygulamalar: Uçaklar, uzay araçları, denizaltılar, gemiler ve tekneler,

yüzey ulaştırma araçları, yapı malzemeleri vs.

13

2. Paketleme malzemeleri

3. Isıl ve elektriksel yalıtım

4. Depolama tankları

14

BÖLÜM ÜÇ

LAMİNE VE SANDVİÇ KOMPOZİTLERDE DARBE TEPKİSİ

3.1 Giriş

Malzemelerin darbe tepkisi, genellikle düşük hız, orta hız, yüksek/balistik hız ve

aşırı yüksek hız durumları için incelenir. Şekil 3.1’de de resimlerle gösterildiği gibi,

(i) Düşük hız etkisi genelde 10 m/s’nin altındaki hızlarda gerçekleşen ağırlık

düşmelerinden meydana gelir. (ii) Patlama yıkıntıları, hortum ve kasırga yıkıntıları,

yol ve geçitlerdeki yabancı nesne yıkıntılarının orta hızlı darbe etkisi sistemine

girdiği düşünülmektedir. Orta hızlı darbe olayları genellikle 10 m/s ile 50 m/s

aralığında gerçekleşir. (iii) Yüksek hız (balistik) etkisi, genellikle küçük silah

ateşlemelerinden ya da patlayıcı savaş başlığı parçalarından kaynaklanır. Yüksek hız

etkisinin yanıtı; yapının tepki vermeye zamanının olmadığı ve dolayısıyla daha çok

bölgesel bir hasarın meydana geldiği durumlardır. Sınır koşulu etkileri göz ardı

edilebilir; çünkü darbe olayı gerilme dalgaları sınırına ulaşmadan önce tamamlanır.

Yüksek hız etkisi, 50 m/s ile 1000 m/s aralığındadır. (iv) 2-5 km/s’den hızlı aşırı

yüksek hız etkisi de, atılan cisim çok yüksek hızda hareket etmektedir ve hedef

malzeme, bir sıvı gibi davranır. Bu tür darbeler sıklıkla, Dünya yörüngesi yakınında

bulunan cisimler ve çalışanların mikro meteorlara karşı koruma geliştirmesi

bağlamında incelenmektedir (Abrate, 2011).

Şekil 3.1 Darbe sistemleri; (i) balistik darbe, çok kısa darbe süreleri ile genleşmeli dalganın baskın

olduğu tepki; (ii) orta hızlı darbe, kısa darbe süreleri ile bükülgen ve keskin dalganın baskın olduğu

tepki; (iii) düşük hızlı darbe, uzun darbe süreleri ile yarı statik tepki (Abrate, 2011).

15

3.2 Düşük Hızlı Darbe

3.2.1 Genel Bilgiler

Polimer matris kompozitler, düşük hızlı darbenin sebep olduğu iç hasara karşı

hassastır. Pek çok durumda hasar yüzeyde görülmemektedir; ancak iç hasar çok

önemli olabilir ve kompozit yapının hasar mukavemetini ve hizmet ömrünü azaltır.

Kompozitlerin darbe hasarları hakkındaki araştırmalar genellikle hasar

mekanizmalarına ve darbe sonrası mekanik performanslarına odaklanmıştır.

Düşük hızlı darbede, hedefin dinamik yapısal yanıtı önemlidir. Çünkü temas

süresi, tüm yapının darbeye tepki vermesine yetecek kadar uzundur ve sonuçta, daha

fazla enerji esnek şekilde emilir.

Cantwell ve Morton, Charpy, Izod ve aletli ağırlık düşürme deneylerini göz önüne

alarak, 10 m/s’ye kadar olan hızları düşük hız olarak sınıflandırır. Liu ve Malvern,

darbe türünün uğranılan hasara göre sınıflandırılabileceğini ifade etmektedir. Abrate

ve Davies ve Robinson, düşük hızlı darbeyi, bir tabakadan diğer tabakaya kalınlık

basınç dalgasının, basınç dağıtımında önemli bir rol oynamadığı darbe olarak

tanımlar ve yüksek hıza geçişi belirlemek için bir model önerir.

Darbe çarpma ucunun altında bulunan silindirik bölgenin, basınç dalgası levha

boyunca yayılırken tek biçim bir deformasyondan geçtiği ve bunun sonucunda da bir

basınç gerinimi, εc oluştuğu düşünülmektedir.

𝜀𝑐 =𝑉𝑖

𝑉𝑠 (3.1)

Bu formülde, Vi darbe hızı ve Vs malzemedeki sesin hızıdır.

Hasar modu yükleme durumuna bağlıdır. Düşük hızlı darbe için, hasar modu ve

absorbe edilen enerji; numunenin boyutuna, rijitliğine ve sınır koşullarına çok

bağlıdır. Düşük darbe enerjisine maruz kompozitlerde darbe enerjisi genellikle matris

kırılması, fiber kırılması ve ara yüzey ayrılmaları (delaminasyon) şeklinde harcanır.

16

3.2.2 Test Ekipmanı

Kompozitlere düşük hızlı darbe testi yapılması, birkaç çeşit donanım düzeneği

kullanılarak gerçekleştirilebilir. Genelde darbe; sarkaç çekici, düşen ağırlık, dönen

çark ya da gaz tüfeğinden atılan bir merminin kullanılması aracılığı ile verilir. Düşük

hızlı darbe çalışmalarının en bilinen ekipmanı, Izod ve Charpy Darbe Testleri ve

Ağırlık Düşürme Darbe Testidir (Abrate, 2011).

3.2.2.1 Aletli Ağırlık Düşürme Darbe Testi

Bu test daha çok katmanlı ya da sandviç kompozite enine darbe gerçekleştiren

fiziki senaryoları temsil etmektedir. Şekil 3.2’de serbest düşen ağırlık ile birlikte

düşen darbe ucu görülebilmektedir. Vurucu uca bir kuvvet dönüştürücüsü (load cell)

yerleştirilmiştir. Darbe enerjisini arttırmak için vurucu uç tutamağına ağırlıklar

eklenir. Vurucu ucun numuneye çarpma hızı bir hız sensörü ile ölçülmektedir.

Böylece kinematik denklemlerde kullanılacak başlangıç hız değeri tespit

edilmektedir.

Şekil 3.2 Serbest düşen ağırlık darbe test

cihazının iç gösterimi (Akgün, 2010)

17

Kinematik denklemler kullanılarak darbeye ait kuvvet-zaman, kuvvet-deplasman,

ve enerji zaman gibi grafikler elde edilebilir. bir kuvvet-deplasman grafiğinin altında

kalan alan absorbe edilen enerji miktarını vermektedir.

Bir darbe testinde kuvvet-deplasman eğrileri hasar gelişimi ve hasar

mekanizmaları hakkında önemli ipuçları içerir. Şekil 3.3a ve 3.3b’de delinmemiş ve

delinmiş bir numuneye ait kuvvet-deplasman ve absorbe edilen enerji-deplasman

grafikleri verilmiştir.

Şekil 3.3 Tipik kuvvet-deplasman ve enerji-deplasman eğrileri; (a) delinmemiş numune,

(b) delinmiş numune.

Kompozitler üzerinde gerçekleştirilen literatürdeki bazı çalışmalarda,

ayarlanabilir ağırlık düşürme 1 ile 15 kg arasındadır. Düşme yüksekliği birkaç

18

santimetreden 3-4 metreye kadardır, hız 10 m/s’den genellikle azdır, darbe enerjisi 1

ile 150 J arasındadır ve vurucu ucun çapı da 12 mm ile 19 mm arasındadır. Keskin uç

ve düz alan vurucu uçları da kullanılmıştır.

Vurucu ucun numuneye çarpıp geri döndüğü bir darbe durumunda, tek bir

darbenin karşılığı olmayan ve aşırı bir hasara sebep olabilecek tekrarlı darbeler

meydana gelebilir. Tekrarlı darbeleri engellemek için pnömatik olarak harekete

geçen ve ilk darbeden sonra sıçrayarak vurucu ucu tutan mekanizmalar

kullanılmaktadır.

Ağırlık düşürme sistemine; düz levhaları, silindirik ve diğer şekillerdeki

numuneleri bağlamak için kullanılan çeşitli aparatlar vardır. Genelde malzemenin

darbeye tepkisini incelemek için düz bir levha kullanılır. 150 mm x 150 mm, 100

mm x 100 mm ve 150 mm x 100 mm boyutlarındaki numuneler kullanılmaktadır.

150 mm x 100 mm’lik numune, darbe testine maruz kalmış numune üzerine

sıkıştırma testi uygulanacağı zaman kullanılır. Darbe sonrası bası testinde (CAI)

numune önce ve daha sonra bası mukavemetini ölçmek için düzlem içi bası testine

tabi tutulur. Şekil 3.4’de bir darbe deneyinde veri okuma sisteminden alınan kuvvet-

zaman diyagramı ve kinematik denklemler ile elde edilen enerji-zaman

diyagramlarının tipik değişimi verilmiştir.

Şekil 3.4 Tipik kuvvet ve enerjiye karşı zaman eğrisi ve darbe sonrası analizleri için ayırt

edici noktalar.

0

1

2

3

4

5

6

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]

Zaman [ms]Kuvvet-Zaman EğrisiEnerji-Zaman Eğrisi

Pb

Eb

Em

PmEt

Pt

19

Düşük hızlı darbe testinde çeşitli parametreler kapsamaktadır. Bunlar darbe

enerjisi, darbe hızı, hasarın yeni başladığı enerji (Eb), toplam absorbe edilen enerji

(Et), toplam hasar (δt), hasarın başladığı noktadaki kuvvet (Pb), maksimum kuvvet

(Pm), toplam kuvvet noktası (Pt), maksimum kuvvetteki hasar (δm) ve enerjide

(Ep=Et-Em) ve maksimum kuvvetten sonraki oluşan hasar (δp=δt-δm). Hasarın yeni

başladığı nokta (Pb ve Eb), kuvvet-zaman eğrisinin ilk bölümünden ilk önemli hasar

ya da kırılmadır. Bu nokta fark edilebilir kılcal matris çatlamasına, fiber hasarına ya

da fiber başlangıç ayrılmasına ve darbe uygulanan yüzeyin parçalanmasına (sandviç

kompozitlerde) işaret etmektedir. Maksimum kuvvet (Pm) ve enerji (Em) noktaları

vurucu ucun maksimum nüfuziyetine ve geri sekmenin başladığına işaret eder. Pek

çok durumda, hasarın yeni başladığı nokta ve maksimum kuvvet noktası aynı

zamanda meydana gelmektedir. Hasarlı noktadaki kuvvet (Pt) ve enerji noktaları (Et),

vurucu ucun geri sekme aşamasının sonu numune tepkisini simgelemektedir ve

akabinde olayın sonu sırasıyla, Pt ve Et olarak temsil edilir. Bu parametrelerin her

biri numunenin kalınlığı ve tabaka dizilişi, sınır şartları ve vurucu uç geometrisi

(keskin, küresel, keskin ya da sivri uçlu olmayan) gibi bir dizi faktörden

etkilenmektedir.

3.2.3 Darbe Enerjisi

Çekiçte (Charpy, Izod için) ya da aletli ağırlık düşürme düzeninde numuneye

çarpma öncesi maksimum enerjiyi E0 veren formül şudur:

𝐸0 =1

2𝑚𝑉0

2 (3.2)

Bu formülde, V0 çekicin darbeden önceki hızı ve 𝑚 vurucu ucun kütlesidir.

w, sistemin toplam ağırlığı (vurucu ucun ve test numunesinin) ise; sarkacın darbe

etkisi:

𝑤 = 𝑤𝑕 + 1

3 𝑤𝑏 (3.3)

Burada, wh vurucu ucun ağırlığı ve wb de test numunesinin ağırlığıdır. Vurucu uc

serbest düşen bir nesne olarak görülebilir. O zaman 𝑉0 = 2𝑔𝑕0 olur. Buradaki h0

20

düşme yüksekliğidir. Vurucu uç test numunesine temas ettiği zaman, darbe cihazının

enerjisi ∆𝐸0 miktarı kadar düşer.

∆𝐸0 = 𝐸0 − 𝐸𝑓 = 1

2 𝑚(𝑉0

2 − 𝑉𝑓2) (3.4)

Burada, 𝐸𝑓 numune ile vurucu ucun ilk temas ettiği andan sonraki t zamanının

kinetik enerjisidir ve 𝑉𝑓’de buna karşılık gelen hızdır.

İmpuls ve momentum arasındaki ilişkiden yola çıkarak;

𝑃𝑑𝑡𝜏

0= 𝑚(𝑉0 − 𝑉𝑓) (3.5)

Burada P, τ zamanındaki kuvvettir.

3.5. denklem, 3.4. denkleminde yerine yerleştirilirse:

∆𝐸0 = 𝐸𝑎 1−𝐸𝑎

4𝐸0 (3.6)

Burada,

𝐸𝑎 = 𝑉0 𝑃𝑑𝑡𝜏

0 (3.7)

3.6. denklem şu şekilde yazılabilir.

∆𝐸0 = 𝑉 𝑃𝑑𝑡𝜏

0 (3.8)

Burada, tanım gereği;

𝑉 = 1

2 𝑉𝑜 + 𝑉𝑓 (3.9)

3.2.4 Düşük Hızlı Darbelerde Hasar Modları

Darbeye maruz fiber takviyeli plastik (FRP) levhaların heterojen ve anizotropik

yapısı farklı hasar modları verir. Pek çok durumda, bu hasarlar (1) çeki ve bası

gerilmeleri ya da kesme etkisiyle fiberlere paralel oluşan matrix kırılmaları (2)

tabakalar arasında ayrılma (delaminasyonu) (3) fiber kırılması ve (4) nüfuziyet

/delinme şeklinde sıralanabilir. Hasar modları arasındaki etkileşim hasar modunun

başlamasını ve yayılmasını etkiler.

21

3.2.4.1 Matris Hasarı

Matris hasarı düşey düşük hızlı darbe uygulanmasından dolayı gerçekleşir ve

genelde matris kırılması, fiber/matris yapışkanlığının azalması ya da ayrılması ve

delaminasyonun başlaması şeklinde gerçekleşir. Bazen gözle zor görülebilen matris

hasarları düşük hızlı darbe enerjisi seviyelerinde (1 ile 5 J) gerçekleşir. Matris

kırılmaları tek yönlü fiber kompozitlerde fiber yönüne paralel düzlemlere yönelir.

Üst tabakalardaki matris kırılmaları vurucu ucun temas ettiği kenarlarda başlar.

Kesme kırılmaları malzeme boyunca çok yüksek enine kesme gerilmesi tarafından

oluşur. Düşey kesme gerilmeleri temas kuvveti ve temas alanıyla ilgilidir.

İnce numunelerde hasar genellikle alt katmanlarda eğilme kırıkları şeklinde oluşur

Kalın numunelerde ise mebran gerilmeleri ağır basar ve daha yüksek pik temas

kuvvetlerine ulaşır. Bu da darbe noktasında kesmeden kaynaklanan hasarlara

(kırılmalara) neden olur.

3.2.4.2 Delaminasyon

Delaminasyon tabakalar arası ayrılma şeklinde tanımlanan bir hasar modudur.

Delaminasyon, bitişik tabakalar arasındaki farklı eğilme rijitlikleri nedeniyle örneğin

farklı fiber oryantasyonları ortaya çıkar. Delaminasyon alanı genelde dikdörtgen

şeklindedir ve ana ekseni, ara yüzün altındaki tabakanın fiber oryantasyonu ile

çakışıktır. 0/90 levhalar için, genelde yer fıstığı şeklinde bir hasar oluşur. Eğilmenin

sebep olduğu gerilmeler, delaminasyonun temel sebebidir. Bazı çalışmalar, iki bitişik

levha arasında bir eğilme uyuşmazlığı katsayısı tanımlamıştır. Uyuşmazlık

büyüdükçe, delaminasyon alanı da büyür. Malzemelerin özellikleri, istifleme sırası

ve levhanın kalınlığı da bunu etkilemektedir.

Elastik şekil değiştirme enerjisini hesaplamak için deneysel bir ilişki, enine darbe

altında delaminasyon hasar noktasında absorbe olan enerji E, şu denklemle verilir.

𝐸 =2𝜏2𝑤𝐿3

9𝐸𝑓𝑡 (3.10)

22

Bu denklemde, t=kalınlık, τ=tabaka içi kesme mukavemeti (ILSS), 𝑤=genişlik,

L=desteksiz uzunluk ve Ef=eğilme katsayısıdır. Absorbe edilen elastik gerinim

enerjisi, kalınlığın ve eğilme katsayısının (yüksek rijitlik) artması ile azalır.

3.2.4.3 Fiber Kırılması

Fiber kırılması, genellikle hasar sürecinde matris kırılması ve delaminasyondan

sonra gerçekleşir. Fiber kırılması bölgesel olarak yüksek eğilme gerilmeleri

dolayısıyla vurucunun tam altında darbe uygulanmamış yüzeyde başlar. Fiber

kırılması, ciddi nüfuziyet hasarının öncü oluşumudur. Arka yüzeyin eğilmesi

nedeniyle gerçekleşen fiber kırılması için gereken enerjiyi aşağıdaki denklem

vermektedir:

𝐸 =𝜎2𝑤𝑡𝐿

18𝐸𝑓 (3.11)

Bu denklemde, 𝜎=bükülme mukavemeti, Ef=bükülme katsayısı, w=genişlik,

L=desteksiz uzunluk ve t=numune kalınlığıdır (Abrate, 2011).

3.2.4.4 Nüfuziyet

Nüfuziyet, çıplak gözle görülebilen bir hasar türüdür ve fiber kırılması kritik bir

büyüklüğe ulaşarak vurucu ucun malzemeye tamamen nüfuziyeti sağladığında

oluşur. Darbe enerjisi nüfuziyet eşiği numunenin kalınlığı ile hızla artar. Levhaya

nüfuziyet sırasındaki temel enerji absorbe biçimleri şunlardır: kesme, delaminasyon

ve elastik eğilme. Bu mekanizmalardan biri olan “kesme” levha kalınlığına bağlı

olarak, %50-60’ının sebebini göstermektedir. Numune boyutu, fiber boyutları,

oryantasyon, dokuma tarzı ve tabaka dizilişi, matris türü ve ara yüz yapışma

özellikleri gibi çeşitli faktörlerin nüfuziyet süreci üzerine etkisi vardır.

Absorbe edilen enerjiyi elde etmek için önerilen analitik nüfuziyet bağıntısı

şöyledir:

𝐸 = 𝜋𝛾2𝑡𝑑 (3.12)

Burada, 𝛾=kırılma enerjisi, d=vurucu ucun çapı ve t=levha kalınlığıdır.

23

3.3 Sandviç Kompozitlerde Düşük Hız Darbeleri

Sandviç kompozit düşük yoğunluklu bir çekirdek ile ayrılan yüksek mukavemetli,

yüksek modüllü yüzeylerden meydana gelir. Çekirdek genellikle hafiftir ve kalınlığı,

yüzeylerinkinden daha fazladır. Yüzeyler kalınlık, malzeme ya da fiber oryantasyonu

bakımından farklılık gösterse de, iki yüzey malzeme ve kalınlık bakımından

genellikle aynıdır. Yüzeyler, düz ve yanal (eğilme) kuvvetlere direnç gösterir.

Çekirdeğin birincil görevi, kesmeye ve düşey sıkıştırma kuvvetlerine dayanmaktır.

Yüzeyler, bileşenler arasında yük aktarımını sağlamak için, çekirdeğe yapışkan bir

şekilde bağlıdırlar. Sandviç yapısının çekirdeği, neredeyse tüm malzemelerden ya da

mimari yapıda olabilir ancak, genellikle dört tür çekirdek vardır: (a) köpük ya da katı

çekirdek, (b) bal peteği çekirdek, (c) makaslı çekirdek, (d) oluklu çekirdek.

Sandviç kompozitte tipik düşük darbe hasarı şu şekilde oluşur: (a) darbe

tarafındaki yüzey tabakası, düşey kesme kuvvetine maruz kalır. Yüzey tabakası

nüfuziyete direnç gösterirse, darbe tarafındaki yüzey tabakası ile sınırlı olan yoğun

hasar vardır. Aralarındaki şekil değiştirme uyumsuzluğu nedeniyle, darbe noktasına

bitişik yüzey tabakası ve çekirdek arasında ayrılmalar meydana gelebilir. Daha

yüksek darbe enerjilerinde, vurucu uç en üstteki yüzey tabakasına nüfuz eder ve

çekirdeğe doğru ilerler; (b) çekirdekteki hasar; hücre ezilmesi, kesme kırılması ve

yüzey tabakasının çekirdeğe olan yapışmasının azalması şeklindedir; (c) vurucu uç,

arka yüzey tabakasına yüklenerek arka yüzeyde eğilme gerilmelerine sebep olur.

Sonuç olarak, arka yüzey tabakası ile çekirdek ara yüzeyinde önemli ayrılmalar

meydana gelir.

Sandviç kompozitte oluşacak darbe hasarının türü; panel destek durumu, atılan

cismin şekline, yüzey tabakasının ve çekirdeğin geometrik ve malzeme özelliklerine

bağlıdır. Yüzey tabakası inceldikçe hasarlar büyüme eğilimindedir ve yüksek normal

gerilme kuvvetleri, çekirdekte mod I gerilme kırılmasına sebep olur. Buna karşılık

yüzey tabakası kalınlığı arttıkça, hasar küçülür. Atılan cismin etrafını çevreleyen

bölgelerdeki düşey kesme kuvvetleri çekirdekte mod II kesme kırıklarına neden olur.

Şekil 3.7’de sandviç kompozit bir yapının darbe testine karşılık gelen enerji-zaman,

kuvvet-zaman grafikleri ve hasarlı numune fotoğrafları verilmiştir.

24

Şekil 3.7 Balsa ağacı çekirdekli/E-camı vinil ester sandviç kompozitin düşük hızlı darbe hasarı.

(a) Kuvvet-zaman ve enerji-zaman eğrisi; (b) Üst yüzey, çekirdek ve alt yüzeyde delinme

(Abrate, 2011).

25

BÖLÜM DÖRT

SANDVİÇ KOMPOZİT MALZEME ÜRETİMİ VE MALZEME

ÖZELLİKLERİ

4.1 Vakum Destekli Reçine İnfüzyon Yöntemi

Bu çalışmada kullanılan sandviç kompozit paneller vakum destekli reçine

infüzyonu yöntemi ile üretilmiştir. Çekirdek malzemesi olarak PVC ve PET

köpükler, kabuk malzemesi olarak da E-camı/epoksi kullanılmıştır. Vakum destekli

reçine infüzyonu yöntemi kısaca kalıp ayırıcı sürülmüş bir kalıbın içerisine cam

elyaf, karbon, aramid vb. kumaşların belirlenen tabaka dizilişine uygun olarak

yerleştirilmesi, ve bu kumaşların kalıp çevresine yerleştirilen macun bantlar ve

vakum folyosu (torbası) vasıtasıyla dış ortamdan izole edilmesi, yapının vakum

ortamına alınması ve daha sonrada reçine nüfuz ettirilmesi esasına dayanır. Şekil

4.1’de söz konusu yönteme ait şematik bir gösterim verilmiştir. Aşağıda bu çalışma

kapsamında gerçekleştirilen üretim basamakları verilmiştir.

Şekil 4.1 Vakum destekli reçine transfer kalıplama yöntemi ile sandviç kompozit malzeme üretiminin

şematik gösterimi (Gören, 2008).

Bu çalışmada kullanılan PVC ve PET köpüklerin özellikleri Tablo 4.1’de

verilmiştir.

26

Tablo 4.1 Kullanılan PET köpük (AIREX® T92.100) ve PVC köpüğün (AIREX

® C70.55) mekanik ve

fiziksel özellikleri

AIREX® T92.100 AIREX

® C70.55

Yoğunluk (kg/m3) 105 60

Basma mukavemeti (N/mm2) 1,4 0,9

Basma modülü (N/mm2) 90 69

Çekme mukavemeti (N/mm2) 2,3 1,3

Çekme modülü (N/mm2) 110 45

Kayma mukavemeti (N/mm2) 0,9 0,85

Kayma modülü (N/mm2) 21 22

Kopmadaki kayma uzaması (%) 15 16

Oda sıcaklığında ısı iletkenliği

(W/m.K) 0,034 0,031

Kullanılan PVC ve PET köpüklere ait bası testleri de yapılmıştır. Darbe testlerini

yorumlamada yol gösterici olan bu testler aşağıda verilmiştir.

Şekil 4.2 PVC ve PET köpüklerinin 5 mm/s ile yapılan basma testi

sonucu elde edilen gerilme-gerinim eğrisi

Şekil 4.2‘de görüldüğü gibi PET köpüğün basma testine dayanımının daha iyi

olduğu görülmüştür. Yaklaşık olarak PET köpüğün basma testine dayanımının 1.1

MPa, PVC köpüğün basma testine dayanımının 0.8 MPa civarında olduğu

görülmüştür.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

σ[M

Pa]

ε

PVC KöpükPET Köpük

Kalıcı hasar

noktası

Yoğunlaşma

noktası

Elastik Bölge

27

Vakum destekli reçine infüzyonu yöntemi için işlem basamakları aşağıda

özetlenmiştir:

1. Üretim yapılacak plakanın yüzeyi: Üretim yapılacak plaka, öngörülen

kompozit tabakayı içine almaya yetecek düzlemsel boyutlara sahip düz metal

bir levhadır. Burada kalıp ayırıcı olarak kimyasal bir malzeme yerine teflon

filmler kullanılmıştır. Metal levha üzerine teflon yüzey kaplamadan önce daha

iyi yüzey kalitesi elde etmek için kalıp olarak kullanılan metalin üzeri zımpara

kâğıdı ve asetonla temizlenir. Bu işlemden sonra temizlenmiş yüzeyin üzerine

yapılacak kompozit malzemenin metal yüzeye yapışmaması ve kolay

ayrılması için teflon ile kaplanır. Bu teflon birden fazla üretimde

kullanılacağından her üretim öncesinde aseton ile temizlenmelidir ve

sızdırmazlık macununun yapışacağı bölgelerde sızdırmazlığı engelleyecek

elyaf parçaları vb. kalıntılar temizlenmelidir.

Şekil 4.3 Üzeri teflon ile kaplanmış metal levha.

2. Sızdırmazlık macunu: Vakum torbasının etrafından herhangi hava girişi veya

reçine çıkışı olmasını engellemek amacıyla kullanılır. Sızdırmazlık macunu

yaklaşık olarak yarısı teflona yarısı metale yapıştırarak bir çerçeve oluşacak

şekilde uygulanır. Sızdırmazlık macununu korumak için sızdırmazlık macunu

üzerindeki koruyucu kâğıt çıkartılmaz.

28

Şekil 4.4 Yaklaşık olarak yarısı teflona yarısı metal levhaya çerçeve oluşacak

şekilde yapıştırılmış sızdırmazlık macunu.

3. Elyaf ve köpüklerin yerleştirilmesi: Elyaf ve köpükler teflon yüzey üzerine

macun çerçevesinin içine istenilen oryantasyonlarda yerleştirilerek istiflenir.

Boru sistemi için sızdırmazlık macunu ile elyaflar arasında yeterli boşluk

bırakılmalıdır.

Şekil 4.5 Teflon yüzeyin üzerine elyaf ve köpüklerin yerleştirilmesi.

4. Soyma kumaşı: Gözenekli soyma kumaşı yerleştirilen elyafların üzerini

örtecek şekilde kesilir ve elyafların üzerine örtülür. Soyma kumaşı, üretilen

tabakadan diğer yardımcı malzemelerin kolaylıkla ayrılmasını sağlayacaktır.

29

Şekil 4.6 İstiflenmiş elyaf ve köpüklerin üzerini tamamen örtecek şekilde

serilmiş soyma kumaşı.

5. Reçine dağıtıcı: Yüksek geçirgenlikte reçine dağıtıcısı üretilecek parçaya

uygun olacak şekilde kesilir ve soyma kumaşının üzerine serilir. Reçine

dağıtıcı reçinenin daha hızlı ve mümkün olduğunca eşit şekilde dağılmasını

sağlayan kumaştır. Sistemin en üstüne yerleştirilir.

Şekil 4.7 Soyma kumaşı üzerine yerleştirilmiş reçine dağıtıcı.

6. Reçine dağıtıcı spiral borular: Reçine dağıtıcı spiral boru reçine verilecek

tarafta reçine dağıtıcının üzerine levhanın genişliği boyunca yerleştirilir.

Reçine verilecek taraftaki spiral boru reçinenin dağıtım ortamına ve kalıba

30

sürekli bir hat şeklinde eni boyunca çabucak ilerlemesini sağlar. Vakum

tarafına yerleştirilen spiral boru levhadan yeterli boşluk bırakılarak

yerleştirilir. Bu spiral borular ile elyaf arasındaki temas havalandırma kumaşı

yerleştirilerek sağlanır. Aksi halde vakum torbası vakum altında teflon

tabakaya yapışacağından elyaflara vakum sağlanamamış olur. Spiraller üretim

bittikten sonra sertleşmiş reçineden temizlenerek tekrar kullanılabilirler.

Şekil 4.8 Reçine dağıtıcı spiral borular: Reçine verilecek taraftaki spiral boru

reçine dağıtıcının üzerine ve vakum yapılacak taraftaki spiral boru

elyaflardan belirli bir mesafe bırakılarak teflon üzerine yerleştirilir.

7. Vakum torbası: Tabaka tamamlandıktan ve spiral boru sistemi yerleştirildikten

sonra, parça uygun bir film kullanılarak torbalanabilir. Vakum torbasında

kırışıklık bırakmamaya dikkat edilir. Üretim yapılacak plakanın yüzeyi ile

vakum torbası arasında hava geçirmez sızdırmazlık macunu kullanılır.

Sandviç kompozit malzeme üretiminde vakum torbası yeterince büyük (yani

üretilecek parçadan dah büyük) tutmak gerekir. Çünkü vakum altında ve

fırında kür işlemi sırasında vakum torbasında gerilmeler ve dolayısıyla

yırtılmalar olabilir. Bu yüzden kulak dediğimiz yeterli boşluklar bırakılır.

31

Şekil 4.9 Vakum torbasına alınmış üretilecek tabaka.

8. Reçine verme ve vakum boru sistemi: Reçine verme ve vakum yapmak için

plastik esaslı örgülü hortumlar kullanılmıştır. Vakum torbası içinde kalan

spiral boruların T bağlantılarının olduğu yerden delinir. T bağlantıları vakum

torbası dışına çıkarılır ve sızdırmazlık macunu ile etrafı iyice sarılır. Vanalı

boru sistemi reçine verilecek ve vakum yapılacak yerlere takılarak kelepçe ile

iyice sıkılır. Sonra reçine giriş vanası kapatılır ve vakum pompası

çalıştırılarak 1 atm’e kadar vakum yapılır. Vakum işlemi tamamlandıktan

sonra vakum tarafındaki vana kapatılır. Dinleme cihazı kullanarak ya da

vakum hattına yerleştirilmiş vakum ölçer kullanarak varsa hava kaçakları

tespit edilebilir. Sistemdeki küçücük bir sızıntı bile, kompozit parçada

boşluklara ve zayıf birleşmelere sebep olabilir.

32

Şekil 4.10 Vakum torbası delinerek çıkartılmış spiral boruların T bağlantıları.

Şekil 4.11 Reçine verme ve vakum boru sistemi spiral boru sisteminin T

bağlantılarına kelepçe ile bağlanır.

33

Şekil 4.12 Vakum altına alınmış reçine verilmeye hazır tabaka.

9. Reçine hazırlanması ve gazdan arındırılması: Üretici firmanın belirttiği

oranlarda reçine ve sertleştirici karıştırılır. Karıştırma işlemi bir mikser

yardımıyla yapılabilir.

Şekil 4.13 Belli oranlardaki reçine ve sertleştiricinin karıştırılması.

10. Reçinenin sızdırılması: Tabaka torbalanmış ve tam vakumlu hale gelmişken,

reçine verme borusunun ucu gazı alınmış reçine kovasına daldırılır. Boruya ve

reçinenin önündeki kısıma hava girmesini engellemek için borunun ucu

kovaya daldırılmış haldeyken vana açılır. Vakum pompası çalıştırılır. Reçine,

reçine verme borusundan geçerek spiral borulara akar. Spiral şeklindeki

34

dağıtıcı boru reçinenin dağıtıcı file üzerinden, tabakanın eni boyunca çabucak

yayılmasını sağlar. Reçine dağıtıcı file reçinenin hem plaka düzleminde hem

de kalınlık boyunca daha kolay yayılmasını ve nüfuz etmesini sağlar.

Şekil 4.14 Vakum altındaki tabakaya reçinenin verilmesi.

11. Sızdırma işleminin tamamlanması: Reçinenin tabaka içerisinden akışı, vakum

torbasından görülür. Reçine kumaşlara tamamen nüfuz ettiğinde reçine verme

işlemi tamamlanmış olur. Önce reçine verme borusunun vanası ve ardından,

vakum borusunun vanası kapatılarak reçine akışı durdurulur. Bu vanaların

hava geçirmez bir yalıtım sağlamaları gerekmektedir. Çünkü kürleme

sırasındaki herhangi sızıntı, parça kalitesinde problemlere yol açacaktır. Son

olarak parça fırına yerleştirilir ve reçine tedarikçisi tarafından öngörülen

kürleme döngüsüne göre ısıtılır ve soğuduktan sonra kompozit parça diğer

yardımcı malzemelerden ayrılır.

35

Şekil 4.15 Reçine verme işlemi tamamlanan tabakalar kürleşme işlemi için

fırına yerleştirilir.

Şekil 4.16 Kürleşme işlemi tamamlanmış ve fırın içinde soğutulmuş tabaka

üzerindeki vakum torbası, reçine dağıtıcı, soyma kumaşı, spiral borulardan

temizlenir.

36

Şekil 4.17 Vakum destekli reçine transfer kalıplama yöntemi ile üretilen

sandviç kompozit malzemeler.

37

BÖLÜM BEŞ

DÜŞÜK HIZLI DARBE DENEYİ VE BASMA DENEYİ SONUÇLARI VE

ANALİZLERİ

Bu bölümde darbe deneylerinde düşen ağırlık esasına dayalı çalışan, termal

şartlandırma kabini (-100 0C ile +150

0C arasında), ilave enerji sistemi (1800 J enerji

ve 24 m/s hız değerine çıkabilen), darbe sonrası fren sistemi (vurucu ucun geri sekme

sonrası tekrar numuneye düşmesini engelleyen), vurucu ucu yağlama sistemi gibi

özelliklere sahip Ceast marka Fractovis Plus darbe test cihazı kullanılarak elde edilen

veriler analiz edilmiştir. Kuvvet-deplasman grafiği, absorbe edilen enerji-zaman

grafiği, hız-zaman grafiği, eş enerji grafiği, karşılaştırmalı kuvvet-zaman-enerji

grafileri, karşılaştırmalı kuvvet-deplasman-enerji grafileri, kuvvet-deplasman

grafiklerinin farklı tabaka sayılarına ve farklı çekirdek malzemelerine göre

karşılaştırmalı grafikleri çizilerek yorumlanmıştır.

5.1 Kuvvet-Deplasman Grafiği

Düşük hızlı darbe testi uygulanan bir sandviç kompozit malzemenin verdiği darbe

tepki karakteristiklerini kuvvet-deplasman grafiğinde görebiliriz. Şekil 5.1’de

görüldüğü gibi açık ve kapalı eğriler olmak üzere iki tip eğri vardır. Sandviç

malzeme için kapalı eğriler üst kabuğu geçmeyen hasarlar için artan ve azalan,

çekirdekte kalan hasarlar için artan azalan, alt kabuğa ulaşan fakat delinme

gerçekleşmeyen artan-azalan ve tekrar artan azalan bölümlerden oluşmaktadır. Artan

bölüm aynı zamanda eğilme rijitliğini karakterize eder. Darbe enerjisine bağlı olarak

üç farklı eğri elde edilebilir. Bunlar vurucu ucun numuneden geri sekmesi ile oluşan

geri sekme eğrisi, yumuşak bir geri sekme yani nüfuziyet eğrisi ve delinme eğrisi

olabilir. Azalan eğri tamamen delinmiş bir hasarlı numuneye aitse kuvvet-deplasman

eğrisi açık eğri olur. Darbe enerjisi düşük olduğu durumlarda kuvvet-deplasman

eğrisi kapalı bir eğri olur geri sekme sonucu kuvvet ve deplasman azalır ve aynı

noktaya gelir. Darbe enerjisinin artmasıyla kuvvet maksimum noktaya yükselir bu

noktaya maksimum kuvvet denir. Sandviç kompozit malzemede üst ve alt kabuk için

iki maksimum kuvvet noktası oluşur. Kısmi hasarlı dolayısıyla kısmi geri sekmeli

durumlarda grafiğin azalan kısmında geri sekme olana kadar deplasmanın arttığı

görülür. Darbe enerjisi arttıkça hasar artar ve geri sekme azalır. Darbe enerjisi

38

tamamen delinme görülünceye kadar arttığında eğri açık eğri olur ve geri sekme

gözlenmez. Açık eğri nüfuziyetin ve delinmenin olduğunu gösterir. Delinme

eğrisindeki açık kısımda devam eden yatay kısım hasar sonrasında numune ile

vurucu ucun arasındaki sürtünmeden dolayı oluşur. Sandviç kompozit malzemelerde

alt kabuktaki nüfuziyet eğrisinde görüldüğü üzere eğrinin son ucu delinme eğrisine

yakındır bu durum delinmeye yakın nüfuziyet olduğunu gösterir. Kuvvet-deplasman

eğrisi integre edilirse eğri altında kalan alan absorbe edilen enerjiye karşılık gelir. Bu

eğriler her bir numune için integre edilerek absorbe edilen enerji hesap edildikten

sonra kompozit malzemeye ait absorbe edilen enerji-darbe enerjisi grafiği çizilebilir.

[(±45)3/PVC Köpük]s oryantasyonlu 100 mm x 100 mm boyutlu sandviç

kompozit numunelere uygulanan düşük hızlı darbe testinde 5 J’de üst kabukta küçük

matris hasarıları (matris kırılması, fiber/matris yapışkanlığının azalması yada

ayrılması ve delaminasyon başlaması), 15 J’de üst kabukta matris hasarı,

delaminasyon (tabakalar arasındaki reçine bakımından zengin alanda ilerleyen

tabakalar arası ayrılma) ve gözle görülebilen ezik, 20 J’de üst kabukta matris hasarı,

delaminasyon, fiberlerde kırılma, nüfuziyet ve çekirdekte hasar (üst kabuğa nüfuz

etme ve çekirdeğe doğru ilerleme, hücre ezilmesi), 25 J’de üst kabukta matris hasarı,

delaminasyon başlaması, fiberlerde kırılma, nüfuziyet, çekirdekte hasar ve alt

yüzeyde ufak matris çatlakları, 40 J’de üst kabukta delaminasyon başlaması,

fiberlerde kırılma, nüfuziyet, çekirdekte hasar, alt kabukta delaminasyon başlaması,

fiberlerde kırılma ve arka yüzeyde kabuk-çekirdek ara yüzeyinde ayrılmalar, 45 J’de

delinme meydana geldiği gözlemlenmiştir. Şekil 5.1’de [(±45)3/PVC Köpük]s

tabakalı sandviç kompozit malzemenin 5 J, 15 J, 20 J, 25J, 40 J ve 45 J’lerde yapılan

düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-deplasman grafiği

verilmiştir.

Şekil 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6 ve 5.7’de sırasıyla [(±45)3/PVC Köpük]s tabaka

dizilişine sahip sandviç kompozit numunelerin 5 J, 15 J, 20 J, 25 J, 40 J ve 45 J’luk

enerjiler ile yapılmış darbe testlerine ait darbe sonrası hasar fotoğrafları (üst ve alt

yüzeyler için) verilmiştir.

39

Şekil 5.1 [(±45)3/PVC Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzeme için 5 J, 15 J, 20 J, 25

J, 40 J ve45 J değerlerinde yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen

kuvvet-deplasman grafikleri.

Şekil 5.2 [(±45)3/PVC Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit numunenin 5 J’de yapılmış

darbe deneyi sonrası üst ve arka yüzeylerinden fotoğrafları

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Kuvvet

[kN

]

Deplasman [mm]

5 J

15 J

20 J

25 J

40 J

45 J

Üst kabuk için

maksimum kuvvetler

Alt kabuk için

maksimum kuvvetler

Delinmiş numune

(açık eğri)

Delinmemiş

numune

(kapalı eğri)

Üst kabuktaki

geri sekme

İlk nüfuziyet

Alt kabuktaki

geri sekme

40





41





42



5.2 Absorbe Edilen Enerji-Zaman Grafiği

Kuvvet-deplasman eğrileri integre edilerek elde edilen absorbe edilen enerjinin

zamana göre değişimi Şekil 5.8’de verilmiştir. Düşük hızlı darbe testinde vurucu

uçtan sandviç kompozit malzemeye geçen enerji miktarı darbe enerjisine ulaşıncaya

kadar artar. Bu maksimum absorbe edilen enerji değerinin içinde hem elastik şekil

değişimlerine hem de kalın hasarlara karşılık gelen bir miktar vardır. Absorbe edilen

enerji-zaman eğrisi yükleme sırasında artıyor ve yük azalmasıyla birlikte ulaştığı

maksimum değerden düşer, akabinde sabit bir değerde yatay karakteristik gösterir.

Buradaki maksimum nokta darbe enerjisini (Ei), yatayda ulaştığı nokta absorbe

edilen enerjiyi (Ea), bu ikisi arasındaki fark geri sekme enerjisini(Er) göstermektedir.

Şekil 5.8’de [(±45)3/PVC Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzeme için 5 J, 15 J,

20 J, 25J, 40 J, 45 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen

absorbe edilene enerji-zaman grafiği verilmiştir.

43


J, 40 J, 45 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen absorbe edilen

enerji-zaman grafiği

5.3 Hız-Deplasman Grafiği

Şekil 5.9’de farklı enerjiler için vurucu ucun hızında ve deplasmanda olan

değişimler verilmiştir. Hızın en büyük olduğu anda numune ile vurucu arasında

temas başlamıştır. Sandviç kompozit malzemelerde hız-deplasman eğrisi parabolik

olarak azalmaktadır. Alt kabuğa ulaşan hasarlarda iki basamak şeklinde bir

karakteristik göstermiştir. Çekirdekte saplanıp kalan vurucu uçta hız-deplasman

eğrisi açıkta kaldığı gözlemlenmiştir. 1 ve 2 nolu eğrilerde üst kabukta geri sekme, 3

nolu eğride çekridekte nüfuziyet, 4 ve 5 nolu eğrilerde alt kabuktan geri sekme, 6

nolu eğride delinme görülmüştür. Şekil 5.9’de [(±45)3/PVC Köpük]s tabakalı sandviç

kompozit malzeme için 5 J, 15 J, 20 J, 25J, 40 J, 45 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe

deneyi sonuçlarından elde edilen hız-deplasman grafiği verilmiştir.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20

Ab

sorb

e E

dil

en E

ner

ji [

J]

Zaman [ms]

5 J 15 J

20 J 25 J

40 J 45 J

Delinmiş numune

Delinme noktası

Delinme eşiği

Üst kabuktaki

geri sekme

İlk nüfuziyet

(saplanıp

Alt kabuktaki

geri sekme

Ei Ea

Er

44


J, 40 J, 45 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen hız-deplasman

grafiği

5.4 Eş Enerji Grafiği

Kompozit yapıların darbe tepkilerini ve darbe mukavemetini incelemede göz

önüne alınan en önemli parametreler darbe enerjisi (Ei) ve absorbe edilen enerjidir

(Ea). Darbe enerjisi çarpan vurucu uç tarafından kompozite aktarılan enerji olarak,

absorbe edilen enerji ise darbe enerjisinin numune tarafından deformasyonlar sonucu

absorbe edilen kısmı olarak tanımlanabilir.

Absorbe edilen enerji ve darbe enerjisi arasındaki ilişkiyi gösteren grafik enerji

profil diyagramı olarak adlandırılmıştır. Enerji profili diyagramı ile kuvvet-

deplasman eğrilerini ve hasarlı numuneleri bir arada karşılaştırarak incelemek hasar

mekanizmalarının tespitinde önemli avantajlar sağlar.

Bu enerji profili diyagramı şeklini çarpan uç ve numune ile ilişkili bir takım

parametreler belirler. Kompozit yapıyı meydana getiren bileşenler, fiber geometrisi,

çekirdek yapısı, numunelerin kalınlıkları ve tabaka dizilişi ve çarpan ucun geometrisi

gibi faktörler buna örnek olarak verilebilir. Şekil 5.10’da bir enerji profili diyagramı

verilmiştir. Diyagram genel olarak üç ana bölgeye ayrılabilir.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Hız

[m

/s]

Deplasman [mm]

5 J 15 J

20 J 25 J

40 J 45 J

Delinmiş

numune

Delinme

noktasıDelinme

Eşiği

1

23

4

56

45

1. Bölge: çarpan ucun numuneye saplanmadığı, çarpma sonrası geri sekmenin

gerçekleştiği bölgedir. Bu bölgede eş enerji çizgisi ile deney verileri arasındaki fark

absorbe edilmeyen artık enerjiye karşılık gelmektedir.

2. Bölge: çarpan ucun numuneye nüfuz etmeye başladığı ve darbe enerjisi

değerine bağlı olarak farklı derinlikte numuneye saplanıp kaldığı aralıktır. Bu

bölgede darbe enerjisinin tamamına yakını numune tarafından absorbe edildiği için

deney verileri eş enerji çizgisinin neredeyse üzerinde yer alırlar.

3. Bölge: bu bölgede çarpan uç delinme eşiğinden daha büyük bir enerjiye

sahiptir. Bu bölgede darbe enerjisinin arttırılması meydana gelen hasar miktarı

hemen hemen sabit kalmaktadır.

Şekil 5.10 (a)Tipik bir enerji profili diyagramı (Ataş, 2004), (b) bu tez kapsamında elde edilen

enerji profil diyagramı.

5.5 Karşılaştırmalı Kuvvet-Zaman-Enerji ve Kuvvet-Deplasman-Enerji Eğrileri

Düşük hızlı darbe testinde çeşitli parametreler göz önüne alınarak inceleme

yapılmaktadır. Bunlar darbe enerjisi, darbe hızı, hasarın yeni başladığı enerji (Eb),

toplam absorbe edilen enerji (Et), toplam hasar (δt), hasarın başladığı noktadaki

kuvvet (Pb), maksimum kuvvet (Pm), toplam kuvvet noktası (Pt), maksimum

kuvvetteki enerji (Em), maksimum kuvvetteki hasar (δm) ve enerjide (Ep=Et-Em) ve

maksimum kuvvetten sonraki oluşan hasar (δp=δt-δm). Hasarın yeni başladığı nokta

Pb ve Eb ile temsil edilmiştir. Bu nokta fark edilebilir matris hasarlarına ve fiber

46

başlangıç ayrılmalarına işaret etmektedir. Maksimum kuvvet (Pm) ve enerji (Em)

noktaları vurucu ucun maksimum nüfuziyetine ve geri sekmenin başladığına işaret

eder. Pek çok durumda, hasarın yeni başladığı nokta ve maksimum kuvvet noktası

aynı zamanda meydana gelmektedir. Hasarlı noktadaki kuvvet (Pt) ve enerji noktaları

(Et), vurucu ucun geri sekme aşamasının sonucu simgelemektedir ve akabinde olayın

sonu sırasıyla, Pt ve Et ile temsil edilmiştir.

[(±45)2/PET Köpük]s oryantasyonlu 100 mm x 100 mm boyutlarındaki sandviç

kompozit numuneye 5 J’luk enerjide uygulanan düşük hızlı darbe testine ait kuvvet-

zaman-enerji grafiği Şekil 5.11’de verilmiştir. Grafikte hasarın yeni başladığı

noktaya ait kuvvet (Pb) ve enerji (Eb), maksimum kuvvet (Pm) ve enerji (Em), hasarlı

noktadaki kuvvet (Pt) ve enerji noktası (Et) gösterilmiştir. Şekil 5.12’da maksimum

kuvvet (Pm) ve enerji (Em), hasarlı noktadaki kuvvet (Pt) ve enerji noktası (Et),

maksimum deplasman (δm) ve hasarlı noktadaki deplasman (δt) gösterilmiştir. Şekil

5.13’de [(±45)2/PET Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemeye ait 15 J’de

yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-zaman-enerji

grafiği ve Şekil 5.14’de ise kuvvet-deplasman-enerji grafiği verilmiştir. 15 J’de

yapılan deneyde üst kabukta tabakalar arası delaminasyon ilerlemesi, fiberlerde

kırılma ve çekirdek ezilmesi (hücre ezilmesi) görülmüştür. Şekil 5.15’de [(±45)2/PET

Köpük]s için 30 J’de yapılan darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-zaman-

enerji grafiği ve Şekil 5.16’da ise yine kuvvet-deplasman-enerji grafiği verilmiştir.

30 J’de yapılan deneyde üst kabukta tabakalar arası delaminasyon, nüfuziyet,

fiberlerde kırılma, çekirdek ezilmesi, alt kabukta fiber ayrılması ve çatlağı, çekirdek

ve alt kabuk arası yapışma azalması gözlemlenmiştir. Benzer şekilde 35 J’lük

enerjide yapılan testlere ait grafikler Şekil 5.17 ve 5.18’de verilmiştir. 35 J’de

yapılan deneyde üst kabukta tabakalar arası delaminasyon, delinme ve çekirdek ve

alt kabuk arası yapışma azalması meydana geldiği gözlemlenmiştir.

47

Şekil 5.11 [(±45)2/PET Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemeye 5 J’de yapılan düşük

hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-zaman-enerji grafiği


hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-deplasman-enerji grafiği

0

1

2

3

4

5

6

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]


Pb

Eb

Em

PmEt

Pt

0

1

2

3

4

5

6

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 1 2 3 4 5 6

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]

Deplasman [mm]Kuvvet-Deplasman EğrisiEnerji-Deplasman Eğrisi

Em

Pm

Et

Pt

δmδt

48





0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 5 10 15 20

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]


Pb

Eb

Pm

Em

Et

Pt

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12 14

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]


Pm

Em

Et

Ptδtδm

49





0

5

10

15

20

25

30

35

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 5 10 15 20

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]


P2m

Pb

Eb

P1m

E1m

E2

Et

Pt

0

5

10

15

20

25

30

35

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 5 10 15 20 25 30

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]


P2m

P1m

E1m

E2m

Et

Pt

δ1mδ2m δt

50





Şekil 5.19, 5.20, 5.21 ve 5.22’de [(±45)2/PET Köpük]s tabaka dizilişine ait

sandviç kompozit numunelerin sırasıyla 5 J, 15 J, 30 J ve 35 J’lük darbe enerjilerinde

yapılan testlere ait üst ve alt tabaka fotoğrafları (darbe hasarı sonrası) verilmiştir.

0

5

10

15

20

25

30

35

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]


P1m

Pb

Eb

E1m

P2m

E2m

Et

Pt

0

5

10

15

20

25

30

35

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 5 10 15 20 25 30 35

Ener

ji [

J]

Kuvvet

[kN

]


P1m

E1m

P2m

E2m

Et

Ptδ1m δ2m δt

51

Şekil 5.19 [(±45)2/PET Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit numunenin 5 J’de yapılmış




52





5.6 Kuvvet-Deplasman Grafiklerinin Farklı Tabaka Sayılarına Ve Farklı

Çekirdek Malzemelerine Göre Karşılaştırılması

[±45/PVC Köpük]s oryantasyonlu 100 mm x 100 mm boyutlu sandviç kompozit

numuneye uygulanan düşük hızlı darbe testinde 5 J’de üst kabukta tabakalar arası

delaminasyon ilerlemesi, fiber kırıkları ve az miktarda çekirdekte ezilme 15 J’de üst

kabukta tabakalar arası delaminasyon, fiber kırıklar, nüfuziyet, çekirdekte ezilme, alt

kabukta fiber ayrılması, çekirdek ve alt kabuk arası ayrılma 25 J’de üst kabukta

tabakalar arası delaminasyon, fiber kırıkları, delinme, alt kabukta fiber kırıkları,

çekirdek ve alt kabuk arası ayrılma meydana geldiği gözlemlenmiştir.


kompozit numuneye uygulanan düşük hızlı darbe testinde 5 J’de üst kabukta küçük

görünür matris hasarı/çatlakları ve delaminasyon başlaması 15 J’de üst kabukta fiber

kırıkları ve az miktarda tabakalar arası delaminasyon, çekirdekte ezilme 25 J’de üst

kabukta fiber kırıkları ve tabakalar arası delaminasyon çekirdekte ezilme, nüfuziyet,

alt kabukta fiber çatlakları ve ayrılmaları, çekirdek ve alt kabuk arası ayrılma 40 J’de

delinme, üst ve alt kabukta delaminasyon meydana geldiği gözlemlenmiştir.

53



matris hasarı, 15 J’de üst kabukta matris hasarı, tabakalar arası delaminasyon, gözle

görülebilir ezik ve fiber çatlakları, 25 J’de üst kabukta fiber kırıkları ve az miktarda

tabakalar arası delaminasyon, çekirdekte ezilme, nüfuziyet, alt kabukta matris

çatlakları, 40 J’de üst kabukta fiber kırıkları ve az miktarda tabakalar arası

delaminasyon, çekirdekte ezilme, nüfuziyet, alt kabukta fiber kopmaları ve alt kabuk

ile çekirdek arası yapışkanlık azalması, 60 J’de delinme, üst ve alt kabukta tabakalar

arası delaminasyon meydana geldiği görülmüştür.



matris hasarı, 15 J’de üst kabukta matris hasarı, çok az miktarda tabakalar arası

delaminasyon, çok küçük fiber çatlakları, 25 J’de üst kabukta matris hasarı ve

çatlakları, az miktarda tabakalar arası delaminasyon, gözle görülebilir bir ezik, 40

J’de üst kabukta fiber kırıkları ve tabakalar arası delaminasyon, nüfuziyet, çekirdekte

ezilme, alt kabukta matris çatlakları ve çok az miktarda tabakalar arası delaminasyon,

60 J’de üst kabukta fiber kırıkları, tabakalar arası delaminasyon, nüfuziyet,

çekirdekte ezilme, alt kabukta fiber ayrılmaları ve az miktarda tabakalar arası

delaminasyon, 75 J’de delinme, üst ve alt kabukta tabakalar arası delaminasyon

meydana geldiği görülmüştür.

[±45/PET Köpük]s oryantasyonlu 100 mm x 100 mm boyutlu sandviç kompozit

numuneye uygulanan düşük hızlı darbe testinde 5 J’de üst kabukta fiberlerde kırık,

tabakalar arası delaminasyon, çekirdekte ezik, 15 J’de üst kabukta fiberlerde kırık,

tabakalar arası delaminasyon, nüfuziyet, çekirdekte ezik, alt kabuk ile çekirdek arası

yapışma azalması, 25 J’de delinme, üst ve alt kabukta tabakalar arası delaminasyon

meydana geldiği görülmüştür.

[(±45)2/PET Köpük]s oryantasyonlu 100 mm x 100 mm boyutlu sandviç kompozit

numuneye uygulanan düşük hızlı darbe testinde 5 J’de üst kabukta matris çatlağı ve

çok az miktarda tabakalar arası delaminasyon, 15 J’de üst kabukta fiber kırılmaları,

tabakalar arası delaminasyon ve çekirdekte ezik, 25 J’de üst kabukta fiber kırılmaları,

tabakalar arası delaminasyon, çekirdekte ezik ve alt kabukta matris çatlağı, 40 J’de

54

delinme, üst kabukta tabakalar arası delaminasyon ve çekirdek ile alt kabuk arasında

yapışma azalması meydana geldiği görülmüştür.


numuneye uygulanan düşük hızlı darbe testinde 5 J’de üst kabukta matris çatlağı ve

çok az miktarda tabakalar arası delaminasyon, 15 J’de üst kabukta fiber çatlakları,

çok az miktarda tabakalar arası delaminasyon, 25 J’de üst kabukta fiber kırılmaları,

tabakalar arası delaminasyon, nüfuziyet, 40 J’de üst kabukta fiber kırılmaları,

tabakalar arası delaminasyon, nüfuziyet, çekirdekte ezilmei alt kabukta fiber

kopmaları ve delaminasyon, 60 J’de delinme, üst ve alt kabukta tabakalar arası

delaminasyon meydana geldiği görülmüştür.


numuneye uygulanan düşük hızlı darbe testinde 5 J’de üst kabukta matris hasarı ve

çok az miktarda tabakalar arası delaminasyon başlaması, 15 J’de üst kabukta çok az

miktarda fiber kırılmaları, tabakalar arası delaminasyon, çok az miktarda ezik, 25

J’de üst kabukta çok az fiber kırılmaları, tabakalar arası delaminasyon, çekirdekte

ezilme, 40 J’de üst kabukta fiber kırılmaları, tabakalar arası delaminasyon, nüfuziyet,

çekirdekte ezilme, alt kabukta matris çatlakları, 60 J’de delinme, üst ve alt kabukta

tabakalar arası delaminasyon meydana geldiği görülmüştür.

Şekil 5.23’de [±45/PVC Köpük]s, [(±45)2/PVC Köpük]s, [(±45)3/PVC Köpük]s ve

[(±45)4/PVC Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemelere 5 J, 15 J, 25 J, 40 J,

60 J, 75 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-

zaman eğrileri aynı skalalı grafiklerde karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Şekil 5.24’de

[±45/PET Köpük], [(±45)2/PET Köpük]s, [(±45)3/PET Köpük]s ve [(±45)4/PET

Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemelere 5 J, 15 J, 25 J, 40 J, 60 J’lerde

yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-zaman eğrileri

aynı skalalı grafiklerde karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Bu grafiklerden de

anlaşılacağı gibi tabaka sayısı arttıkça darbe mukavemeti de artmaktadır.

PVCnK-m kJ kodlamasında n alt ve üst kabuktaki katman sayısını, m kaçıncı

numune olduğunu, k ise uygulanan darbe enerjisini göstermektedir. Ayrıca PVC ve

PET köpük türünü göstermektedir.

55

Şekil 5.23 [±45/PVC Köpük]s, [(±45)2/PVC Köpük]s, [(±45)3/PVC Köpük]s ve [(±45)4/PVC

Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemelere uygulanan düşük hızlı darbe deneyi

sonuçlarından elde edilen karşılaştırmalı kuvvet-zaman grafikleri; (a) 5 J, (b) 15 J, (c) 25 J, (d) 40

J, (e) 60 J, (f) 75 J

Şekil 5.24, 5.25, 5.26, 5.27’de katman sayısı farklı 25 J’de yapılmış darbe deneyi

sonrası üst ve arka yüzey fotoğrafları verilmiştir.

56

Şekil 5.24 [±45/PVC Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit numunenin 25 J’de yapılmış




57





58

Şekil 5.28 [±45/PET Köpük]s, [(±45)2/PET Köpük]s, [(±45)3/PET Köpük]s ve [(±45)4/PET

Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemelere uygulanan düşük hızlı darbe deneyi

sonuçlarından elde edilen karşılaştırmalı kuvvet-zaman grafikleri; (a) 5 J, (b) 15 J, (c) 25 J, (d) 40

J, (e) 60 J

59

Şekil 5.29’de [±45/PVC Köpük]s ve [±45/PET Köpük]s tabakalı sandviç

kompozit malzemelere 5 J, 10 J, 15 J, 20 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi

sonuçlarından elde edilen kuvvet-zaman eğrileri aynı skalalı grafiklerde

karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Şekil 5.30’de [(±45)2/PVC Köpük]s ve

[(±45)2/PET Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemelere 5 J, 15 J, 25 J, 30 J,

35 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-

zaman eğrileri aynı skalalı grafiklerde karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Şekil

5.31’de [(±45)3/PVC Köpük]s ve [(±45)3/PET Köpük]s tabakalı sandviç kompozit

malzemelere 5 J, 20 J, 40 J, 45 J, 50 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi

sonuçlarından elde edilen kuvvet-zaman eğrileri aynı skalalı grafiklerde

karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Şekil 5.32’de [(±45)4/PVC Köpük]s ve

[(±45)4/PET Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemelere 5 J, 25 J, 40 J, 60 J,

75 J’lerde yapılan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen kuvvet-

zaman eğrileri aynı skalalı grafiklerde karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

Şekil 5.29 [±45/PVC Köpük]s ve [±45/PET Köpük]s tabakalı sandviç kompozit malzemelere

uygulanan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen karşılaştırmalı kuvvet-zaman

grafikleri; (a) 5 J, (b) 10 J, (c) 15 J, (d) 20 J

60

Şekil 5.30 [(±45)2/PVC Köpük]s ve [(±45)2/PET Köpük]s tabakalı sandviç kompozit

malzemelere uygulanan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen karşılaştırmalı

kuvvet-zaman grafikleri; (a) 5 J, (b) 15 J, (c) 25 J, (d) 30 J, (e) 35 J

61




62




5.7 Radar Grafik ile Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması

Radar grafik ile PVC ve PET köpüklü sandviç kompozit malzemelerin; darbe

enerjileri, absorbe edilen enerjileri, üst kabuktaki maksimum kuvvetteki enerjileri, alt

kabuktaki maksimum kuvvetteki enerjileri, üst kabuktaki maksimum kuvvetleri, alt

kabuktaki maksimum kuvvetleri, toplam deplasman, üst kabuktaki maksimum

kuvvetteki deplasmanları, alt kabuktaki maksimum kuvvetteki deplasmanları, toplam

temas süreleri, üst kabuktaki maksimum kuvvetteki temas süreleri, alt kabuktaki

63

maksimum kuvvetteki temas süreleri ve darbe enerjisine denk gelen hızları

[(±45)3/PVC Köpük]s ve [(±45)3/PET Köpük]s oryantasyonlu numunelerin 15 J, 20 J,

25 J, 45 J’lerdeki verileri, tabaka sayısı artışına göre karşılaştırmaları ve [(±45)2/PVC

Köpük]s ve [(±45)2/PET Köpük]s 5J, 20J ve 30 J’deki verileri karşılaştırmalı olarak

verilmiştir.

Darbe enerjisi artıkça absorbe edilen enerjide arttığı, üst kabuktaki maksimum

kuvvetteki enerjinin yaklaşık aynı değerlerde olduğu, alt kabuktaki maksimum

kuvvetteki enerjinin arttığı, üst kabuktaki enerjinin arttığı, alt kabuktaki enerjinin

arttığı, deplasmanın arttığı, üst kabuktaki maksimum kuvvetteki deplasmanın

yaklaşık aynı değerlerde olduğu, alt kabuktaki maksimum kuvvetteki deplasmanın

arttığı, temas süresinin arttığı, üst kabuktaki maksimum kuvvetteki temas süresinin

yaklaşık aynı değerlerde olduğu, alt kabuktaki maksimum kuvvetteki temas süresinin

delinme eşiğine kadar arttığı, darbe enerjisine bağlı olarak hızında artacağından

dolayı hızın arttığı görülmüştür. Diğer oryantasyonlarda da benzer karakteristikler

göstermiştir.

Şekil 5.33 [(±45)3/PVC Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin

15 J, 20 J, 25 J ve 45 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması, Şekil

5.34 [(±45)3/PET Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin 15 J, 20 J,

25 J ve 45 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması verilmiştir.

64

Şekil 5.33 [(±45)3/PVC Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin 15 J, 20 J, 25 J

ve 45 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması

Şekil 5.34 [(±45)3/PET Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin 15 J, 20 J, 25

J ve 45 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması

Aynı enerjide farklı tabaka sayılarına göre yapılmış düşük hızlı darbe deneyinde

tabaka sayısı arttıkça absorbe edilen enerjinin arttığı, toplam deplasmanın azaldığı,

-5

5

15

25

35

45

55Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PVC3K-3 15J

PVC3K-16 20J

PVC3K-17 25J

PVC3K-14 45J

-5

5

15

25

35

45

55Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PET3K-3 15J

PET3K-4 20J

PET3K-5 25J

PET3K-9 45J

65

üst kabuktaki maksimum kuvvetteki deplasman azaldığı, toplam temas süresinin

azaldığı ve üst kabuktaki maksimum kuvvetteki temas süresinin azaldığı

görülmüştür. Diğer verilerin birbirine yakın olduğu görülmüştür.

Şekil 5.35 [(±45)1/PVC Köpük]s, [(±45)2/PVC Köpük]s, [(±45)3/PVC Köpük]s,

[(±45)4/PVC Köpük]s, oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin 5 J’deki kritik

verilerinin radar grafik ile karşılaştırması, Şekil 5.36 [(±45)1/PET Köpük]s,

[(±45)2/PET Köpük]s, [(±45)3/PET Köpük]s, [(±45)4/PET Köpük]s, oryantasyonlu

sandviç kompozit malzemelerin 5 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile

karşılaştırması, Şekil 5.37 [(±45)1/PVC Köpük]s, [(±45)2/PVC Köpük]s,

[(±45)3/PVC Köpük]s, [(±45)4/PVC Köpük]s, oryantasyonlu sandviç kompozit

malzemelerin 25 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması, Şekil 5.38

[(±45)1/PET Köpük]s, [(±45)2/PET Köpük]s, [(±45)3/PET Köpük]s, [(±45)4/PET

Köpük]s, oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin 25 J’deki kritik verilerinin

radar grafik ile karşılaştırması verilmiştir.

Şekil 5.35 [(±45)1/PVC Köpük]s, [(±45)2/PVC Köpük]s, [(±45)3/PVC Köpük]s, [(±45)4/PVC

Köpük]s, oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin 5 J’deki kritik verilerinin radar

grafik ile karşılaştırması

-5

5

15

25Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PVC1K-3 5J

PVC2K-2 5J

PVC3K-1 5J

PVC4K-6 5J

66

Şekil 5.36 [(±45)1/PET Köpük]s, [(±45)2/PET Köpük]s, [(±45)3/PET Köpük]s, [(±45)4/PET


grafik ile karşılaştırması

Şekil 5.37 [(±45)1/PVC Köpük]s, [(±45)2/PVC Köpük]s, [(±45)3/PVC Köpük]s, [(±45)4/PVC

Köpük]s, oryantasyonlu sandviç kompozit malzemelerin 25 J’deki kritik verilerinin radar grafik

ile karşılaştırması.

-5

5

15

25Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PET1K-1 5J

PET2K-1 5J

PET3K-1 5J

PET4K-6 5J

-5

5

15

25

35Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PVC1K-6 25J

PVC2K-8 25J

PVC3K-17 25J

PVC4K-4 25J

67

Şekil 5.38 [(±45)1/PET Köpük]s, [(±45)2/PET Köpük]s, [(±45)3/PET Köpük]s, [(±45)4/PET


grafik ile karşılaştırması.

Aynı tabakalı farklı köpüklü sandviç malzemeler aynı enerjilerdeki düşük hızlı

darbe deneyi uygulandığında benzer özellikler gösterdiği pet köpüğün çok az üstün

olduğu görülmüştür.

Şekil 5.39 [(±45)2/PVC Köpük]s ve [(±45)2/PET Köpük]s oryantasyonlu sandviç

kompozit malzemelerin 5 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması,


kompozit malzemelerin 20 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması,


kompozit malzemelerin 35 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması

verilmiştir.

-5

5

15

25

35Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PET1K-5 25J

PET2K-5 25J

PET3K-5 25J

PET4K-4 25J

68

Şekil 5.39 [(±45)2/PVC Köpük]s ve [(±45)2/PET Köpük]s oryantasyonlu sandviç kompozit

malzemelerin 5 J’deki kritik verilerinin radar grafik ile karşılaştırması.



-5

5

15Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PVC2K-2 5J

PET2K-1 5J

-5

5

15

25Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PVC2K-7 20J

PET2K-4 20J

69



Aşağıdaki Tablo 5.1’de PVC ve Tablo 5.2’de PET köpüklü sandviç kompozit

numunelere uygulanan düşük hızlı darbe deneyi sonuçlarından elde edilen darbe

enerjisi, absorbe edilen enerji, üst kabuktaki maksimum kuvvetteki enerji, alt

kabuktaki maksimum kuvvetteki enerji, üst kabuktaki maksimum kuvvet, alt

kabuktaki maksimum kuvvet, toplam deplasman, üst kabuktaki maksimum

kuvvetteki deplasman, alt kabuktaki maksimum kuvvetteki deplasman, toplam temas

süresi, üst kabuktaki maksimum kuvvetteki temas süresi, alt kabuktaki maksimum

kuvvetteki temas süresi ve darbe enerjisine denk gelen hız verilmiştir.

-5

5

15

25

35

45Ei [J]

Ea [J]

E1MAX [J]

E2MAX [J]

F1MAX [kN]

F2MAX [kN]

δ [mm]δ1MAX [mm]

δ2MAX [mm]

t [ms]

t1MAX [ms]

t2MAX [ms]

V [m/s]

PVC2K-9 35J

PET2K-7 35J

70

Tab

lo 6

.1 P

VC

kö

püklü

sand

viç k

om

po

zit nu

mu

nelere u

yg

ulan

an d

üşü

k h

ızlı darb

e den

eyi so

nuçları

Ory

an

tasy

on

N

um

un

e K

od

u

Ei [J

] E

a [J]

E1M

AX [J

] E

2M

AX [J

] F

1M

AX [k

N]

F2M

AX [k

N]

δ [m

m]

δ1M

AX [m

m]

δ2

MA

X [m

m]

t [ms]

t1

MA

X [m

s] t

2M

AX [m

s] V

[m/s]

[±45/PVC]s

PV

C1

K-3

5J

5,3

3

5,4

0

4,2

4

0,0

0

1,2

2

0,0

0

6,5

3

5,7

5

0,0

0

16,4

7

4,9

6

0,0

0

1,4

4

PV

C1

K-4

10

J 1

0,9

5

10,8

8

3,3

6

9,1

9

1,4

7

8,9

1

18,5

3

4,7

7

17,2

4

24,1

2

2,4

8

12,4

0

2,0

3

PV

C1

K-2

15

J 1

6,1

7

16,1

8

3,7

2

12,3

4

1,2

7

12,7

0

23,9

4

5,1

2

20,5

4

21,6

6

2,1

6

10,8

8

2,4

7

PV

C1

K-5

20

J 2

1,6

1

18,8

5

5,3

7

15,7

4

1,6

0

15,6

5

33,3

4

6,3

5

21,7

7

19,6

8

2,3

2

9,6

8

2,8

7

PV

C1

K-6

25

J 2

6,5

1

17,6

1

2,6

3

14,6

4

1,2

8

18,6

2

31,1

9

4,3

0

20,9

0

12,6

7

1,3

6

7,5

2

3,2

1

[(±45)2/PVC]s

PV

C2

K-2

5J

5,2

5

4,1

7

4,9

8

0,0

0

1,9

4

0,0

0

2,8

0

4,9

5

0,0

0

10,6

6

4,7

2

0,0

0

1,4

3

PV

C2

K-3

10

J 1

0,4

3

10,3

4

4,8

8

0,0

0

1,9

8

0,0

0

7,5

1

4,8

7

0,0

0

15,8

4

2,6

4

0,0

0

2,0

3

PV

C2

K-1

0 1

5J

15,9

8

16,2

0

5,0

0

15,5

3

2,0

5

0,6

6

20,2

1

4,8

9

18,7

6

20,7

8

2,0

8

14,2

4

2,4

9

PV

C2

K-7

20

J 2

1,0

3

20,8

8

7,3

3

20,4

7

2,0

6

1,8

0

20,4

0

5,9

9

20,9

1

17,2

6

2,2

4

11,6

8

2,8

6

PV

C2

K-8

25

J 2

6,1

7

26,2

2

9,7

7

22,6

1

2,4

7

2,1

5

23,1

2

6,9

1

21,9

5

18,2

3

2,3

2

9,6

0

3,2

1

PV

C2

K-6

30

J 3

1,4

7

27,8

2

5,5

3

22,3

3

2,2

1

2,5

8

30,3

6

5,1

6

21,8

5

14,0

8

1,5

2

7,8

4

3,5

0

PV

C2

K-9

35

J 3

6,4

5

28,5

9

6,1

4

23,1

7

2,1

5

2,3

0

29,7

9

5,3

1

22,4

6

10,9

7

1,4

4

7,2

0

3,8

0

PV

C2

K-1

1 4

0J

41,3

3

27,9

8

6,9

0

22,8

6

2,0

5

2,6

1

27,4

2

5,6

6

21,0

0

8,7

1

1,4

4

6,0

8

4,0

5

[(±45)3/PVC]s

PV

C3

K-1

5J

5,2

1

3,9

5

5,1

5

0,0

0

2,1

8

0,0

0

2,2

0

4,3

3

0,0

0

9,1

4

4,2

4

0,0

0

1,4

5

PV

C3

K-2

10

J 1

0,3

2

10,0

6

9,5

3

0,0

0

2,7

2

0,0

0

4,9

6

6,0

5

0,0

0

10,9

4

4,0

0

0,0

0

2,0

4

PV

C3

K-3

15

J 1

5,4

2

15,1

8

10,6

8

0,0

0

3,0

1

0,0

0

7,1

3

6,3

8

0,0

0

11,8

9

3,0

4

0,0

0

2,4

9

PV

C3

K-1

6 2

0J

20,7

5

20,7

6

11,1

9

0,0

0

3,3

5

0,0

0

15,5

2

6,1

0

0,0

0

15,9

3

2,4

0

0,0

0

2,8

6

PV

C3

K-1

7 2

5J

25,9

7

26,3

4

9,0

3

25,5

0

3,0

0

1,1

6

20,0

5

5,5

0

19,1

3

16,8

7

1,8

4

11,5

2

3,2

1

PV

C3

K-6

30

J 3

1,0

4

31,0

7

8,9

8

30,2

2

2,8

7

2,2

3

20,6

9

5,8

5

20,9

3

15,0

0

1,7

6

9,9

2

3,5

1

PV

C3

K-7

35

J 3

6,1

0

35,5

9

10,6

1

33,6

1

3,4

0

2,9

5

21,3

4

6,0

1

21,8

1

14,5

6

1,6

8

8,8

8

3,7

8

PV

C3

K-1

3 4

0J

41,1

5

41,3

2

10,0

7

36,7

2

3,2

1

3,8

9

23,0

0

5,8

8

21,9

6

14,4

9

1,5

2

7,5

2

4,0

5

PV

C3

K-1

4 4

5J

46,7

9

46,5

1

12,5

2

36,9

5

3,3

2

3,2

9

37,1

3

6,5

2

22,5

3

25,6

0

1,6

0

7,0

4

4,2

9

PV

C3

K-1

0 5

0J

51,5

0

51,6

4

11,7

3

34,4

3

3,1

1

3,9

4

30,9

6

6,5

9

22,1

7

15,6

0

1,5

2

6,0

8

4,5

3

PV

C3

K-1

1 5

5J

56,6

0

50,3

5

13,9

4

43,0

4

3,7

0

3,8

1

33,0

5

6,7

3

23,8

9

10,5

8

1,4

4

6,2

4

4,8

8

PV

C3

K-1

2 6

0J

61,5

2

49,5

9

16,7

5

40,4

8

3,7

9

3,5

2

31,3

8

7,9

9

22,8

6

9,1

0

1,6

8

5,6

8

5,0

1

[(±45)4/PVC]s

PV

C4

K-6

5J

5,1

6

3,8

5

4,9

1

0,0

0

2,3

9

0,0

0

1,5

1

3,1

1

0,0

0

7,3

0

3,0

4

0,0

0

1,4

4

PV

C4

K-5

15

J 1

5,3

2

13,3

1

13,4

6

0,0

0

3,8

4

0,0

0

3,5

3

6,0

2

0,0

0

8,9

7

3,2

0

0,0

0

2,4

9

PV

C4

K-4

25

J 2

5,4

3

24,1

5

19,5

4

0,0

0

4,7

9

0,0

0

6,0

7

7,0

5

0,0

0

10,2

4

2,7

2

0,0

0

3,2

1

PV

C4

K-3

40

J 4

1,0

8

41,0

7

14,5

4

39,5

9

4,1

1

2,7

9

21,6

8

6,0

1

21,6

7

13,8

3

1,6

0

9,2

8

4,0

5

PV

C4

K-2

60

J 6

1,2

4

62,4

0

18,3

3

58,3

6

4,6

2

4,6

6

24,2

1

6,8

0

24,4

0

13,2

6

1,4

4

7,2

0

5,0

1

PV

C4

K-1

75

J 7

7,0

2

73,2

7

21,2

6

55,0

7

4,8

5

4,8

3

41,7

7

7,4

9

22,8

6

18,6

3

1,4

4

5,3

6

5,5

1

71

Tab

lo 6

.2 P

ET

kö

püklü

sand

viç k

om

po

zit nu

mu

nelere u

yg

ulan

an d

üşü

k h

ızlı darb

e den

eyi so

nuçları

Ory

an

tasy

on

N

um

un

e K

od

u

Ei [J

] E

a [J]

E1M

AX [J

] E

2M

AX [J

] F

1M

AX [k

N]

F2M

AX [k

N]

δ [m

m]

δ1M

AX [m

m]

δ2

MA

X [m

m]

t [ms]

t1

MA

X [m

s] t

2M

AX [m

s] V

[m/s]

[±45/PET]s

PE

T1

K-1

5J

5,3

7

5,0

3

3,1

3

0,0

0

1,2

9

0,0

0

5,2

2

4,8

6

0,0

0

20,0

2

3,8

4

0,0

0

1,4

3

PE

T1

K-2

10

J 1

0,7

9

10,8

7

5,0

0

10,8

2

1,4

9

0,5

5

15,8

7

6,3

3

16,2

0

23,7

9

3,4

4

16,1

6

2,0

3

PE

T1

K-3

15

J 1

6,0

0

15,9

2

5,5

4

15,6

0

1,7

4

1,0

1

19,7

7

5,9

1

20,0

8

21,4

2

2,5

6

14,1

6

2,4

8

PE

T1

K-4

20

J 2

1,2

9

18,7

5

3,8

1

14,6

7

1,1

3

1,8

2

26,7

0

5,5

2

20,3

9

14,2

5

2,0

0

8,8

0

2,8

5

PE

T1

K-5

25

J 2

6,3

3

18,4

7

3,6

8

14,7

6

1,4

9

1,5

5

27,3

4

4,7

4

20,5

3

11,2

2

1,5

2

7,6

0

3,2

0

[(±45)2/PET]s

PE

T2

K-1

5J

5,2

4

3,5

4

5,2

5

0,0

0

1,9

7

0,0

0

1,7

7

4,8

3

0,0

0

10,6

9

5,0

4

0,0

0

1,4

4

PE

T2

K-2

10

J 1

0,5

1

9,9

1

6,1

8

0,0

0

2,0

4

0,0

0

5,9

7

5,5

5

0,0

0

14,5

0

3,1

2

0,0

0

2,0

3

PE

T2

K-3

15

J 1

5,6

1

15,8

3

8,1

6

0,0

0

2,2

9

0,0

0

12,6

0

6,3

7

0,0

0

15,2

3

2,8

8

0,0

0

2,4

9

PE

T2

K-4

20

J 2

0,9

0

20,7

2

8,4

1

20,6

1

2,3

8

1,3

0

17,5

6

6,2

9

18,2

7

17,9

3

2,4

0

11,8

4

2,8

6

PE

T2

K-5

25

J 2

6,0

3

25,1

5

10,5

9

25,5

5

2,4

6

2,5

1

19,4

4

7,5

3

20,9

5

15,3

7

2,5

6

10,4

0

3,2

0

PE

T2

K-6

30

J 3

1,1

8

31,1

2

9,0

1

24,5

2

2,3

4

2,5

2

23,0

7

6,8

9

20,8

2

18,7

1

2,0

8

7,9

2

3,5

1

PE

T2

K-7

35

J 3

6,6

1

31,8

5

7,1

9

24,0

8

2,3

1

2,6

6

33,2

5

6,4

2

21,0

4

14,7

7

1,7

6

6,8

8

3,7

8

PE

T2

K-8

40

J 4

1,6

5

33,7

6

6,5

1

24,7

7

2,2

4

2,6

4

34,1

3

5,6

5

19,5

6

13,3

9

1,4

4

5,8

4

4,0

4

[(±45)3/PET]s

PE

T3

K-1

5J

5,2

1

3,6

2

5,0

4

0,0

0

2,0

2

0,0

0

1,7

8

4,3

0

0,0

0

9,7

2

4,2

4

0,0

0

1,4

4

PE

T3

K-2

10

J 1

0,2

9

7,7

5

10,1

9

0,0

0

2,9

3

0,0

0

2,8

5

5,9

7

0,0

0

9,2

7

4,3

2

0,0

0

2,0

3

PE

T3

K-3

15

J 1

5,3

8

14,6

3

12,0

9

0,0

0

3,4

5

0,0

0

5,5

6

6,4

2

0,0

0

11,2

5

3,2

0

0,0

0

2,4

9

PE

T3

K-4

20

J 2

0,5

3

20,6

4

12,4

3

0,0

0

3,4

4

0,0

0

9,9

3

6,5

6

0,0

0

15,5

8

2,6

4

0,0

0

2,8

7

PE

T3

K-5

25

J 2

5,9

3

26,1

6

12,2

0

25,6

4

3,4

8

1,2

7

19,0

8

6,4

7

18,7

7

16,4

5

2,2

4

11,8

4

3,2

0

PE

T3

K-6

30

J 3

1,0

2

30,5

4

9,8

6

30,2

6

2,9

9

2,6

3

19,5

9

6,0

5

20,6

1

14,6

0

1,8

4

9,6

0

3,5

1

PE

T3

K-7

35

J 3

6,1

5

36,1

3

7,4

4

31,4

7

2,5

4

3,1

3

22,3

2

5,2

6

21,5

7

16,3

8

1,4

4

7,9

2

3,8

0

PE

T3

K-8

40

J 4

1,1

7

41,1

9

12,0

7

35,0

6

3,3

9

3,2

0

22,8

0

6,4

3

21,5

4

15,7

4

1,6

8

7,4

4

4,0

6

PE

T3

K-9

45

J 4

6,2

2

46,7

4

10,7

5

42,5

0

3,3

1

3,7

2

24,5

9

6,2

6

23,0

0

16,5

0

1,5

2

7,5

2

4,3

0

PE

T3

K-1

0 5

0J

51,6

6

47,7

9

9,3

9

35,1

6

3,3

5

3,6

3

34,4

0

5,5

9

20,9

2

14,9

6

1,2

8

5,8

4

4,5

1

PE

T3

K-1

1 5

5J

56,5

3

45,8

4

7,6

6

33,5

0

2,8

9

3,2

2

31,7

0

5,3

4

21,3

4

9,2

0

1,1

2

5,2

0

4,8

8

PE

T3

K-1

2 6

0J

61,4

4

45,0

5

8,7

5

36,0

5

3,2

5

3,5

0

29,6

2

5,4

8

21,9

3

7,8

8

1,1

2

5,2

0

5,0

2

[(±45)4/PET]s

PE

T4

K-6

5J

5,1

7

3,5

9

5,1

5

0,0

0

2,3

8

0,0

0

1,5

0

3,5

2

0,0

0

7,8

6

3,7

6

0,0

0

1,4

3

PE

T4

K-5

15

J 1

5,3

2

14,1

6

12,4

7

0,0

0

3,9

1

0,0

0

4,2

9

5,7

3

0,0

0

8,8

0

2,8

8

0,0

0

2,4

9

PE

T4

K-4

25

J 2

5,5

1

25,3

6

17,2

1

0,0

0

4,4

0

0,0

0

8,8

8

6,9

7

0,0

0

12,4

0

2,5

6

0,0

0

3,2

1

PE

T4

K-3

40

J 4

1,0

4

40,8

0

14,9

5

40,5

7

4,3

6

3,0

4

20,2

5

6,3

3

21,2

0

13,5

0

1,6

8

9,1

2

4,0

6

PE

T4

K-2

60

J 6

1,4

3

63,3

5

17,8

9

48,1

2

4,3

1

4,6

6

29,6

0

7,2

2

22,2

7

14,5

9

1,5

2

5,8

4

5,0

2

PE

T4

K-1

75

J 7

6,7

0

60,4

8

16,0

3

47,5

7

4,2

4

4,4

5

35,0

6

6,7

8

22,4

4

9,6

5

1,2

8

4,9

6

5,5

2

72

BÖLÜM ALTI

SONUÇLAR

E-camı/epoksi kabuklu PVC ve PET köpüğü çekirdekli sandviç kompozit

malzemelerin düşük hızlı darbe davranışları pek çok parametre göz önüne alınarak

incelenmiştir. Öncelikle darbe tepkisinin karakteristiğini çok iyi gösteren kuvvet-

deplasman eğrileri çıkarılmıştır. Vakum destekli reçine infüzyonu yöntemi ile

üretilen [±45/PVC Köpük]s, [(±45)2/PVC Köpük]s, [(±45)3/PVC Köpük]s,

[(±45)4/PVC Köpük]s, [±45/PET Köpük]s, [(±45)2/PET Köpük]s, [(±45)3/PET

Köpük]s, [(±45)4/PET Köpük]s oryantasyonlu numuneler için önce katman sayıları

aynı tutularak farklı köpüklerdeki darbe karakteristikleri sonrada aynı köpüğün farklı

sayıdaki katmanları için darbe karakteristikleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca absorbe

edilen enerji-zaman grafiği, hız-deplasman grafiği, eş enerji grafiği, karşılaştırmalı

kuvvet-zaman-enerji ve karşılaştırmalı kuvvet-deplasman-enerji grafikleri

kullanılarak da darbe davranışları incelenmeye çalışılmıştır. Son olarak radar grafik

ile darbe enerjisi, absorbe edilen enerji, üst ve alt kabuktaki maksimum kuvveteki

enerjiler, alt ve üst kabuktaki maksimum kuvvetler, toplam deplasmanlar, üst ve alt

kabuktaki maksimum kuvvetteki deplasmanlar, toplam temas süreleri, üst ve alt

kabuktaki maksimum kuvvetteki temas süreleri ve darbe enerjisine denk gelen hızlar

karşılaştırılmıştır. Gözlenen başlıca hasarlar ise ufak matris hasarları, üst ve alt

kabukta fiber kırılmaları, delaminasyon, çekirdekte hücre ezilmesi ve alt kabuk ile

çekirdek ara yüzünde ayrılmalar şeklindedir.

Ayrıca PVC ve PET köpüklerin basma özellikleri incelenmiştir. PET köpüğün

daha iyi basma dayanımı gösterdiği görülmüştür.

Sonuç olarak 60 kg/m3 yoğunluklu PVC ve 105 kg/m

3 yoğunluklu PET köpüğü

karşılaştıracak olursak benzer karakteristikler gösterdiği fakat PET köpüğün kısmen

daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Katman sayılarına göre karşılaştırdığımızda

doğal olarak katman sayısı arttıkça darbe dayanımının da arttığı ve daha iyi

karakteristikler gösterdiği görülmüştür.

73

KAYNAKLAR

Abrate, S. (2005). Impact on composite structures. Cambrige: Cambrige University

Press.

Abrate, S. (Ed.) (2011). Impact engineering of composite structures. Udine:

Springer.

Adams, D. F., & Carlsson, L. A., & Pipes, R. B. (2003). Experimental

characterization of advanced composite materials (3rd ed.). Florida: CRC Press.

Akgün, Y. (2010). Onarılmış kompozit plakların darbe davranışları, İzmir.

Anderson, T., & Madenci, E. (2000). Experimental investigation of low-velocity

impact characteristics of sandwich composites. Composite Structures, 50, 239-

247.

Ataş, C. (2004). Large deformations in composite laminated plates. İzmir.

Ataş, C., & Sevim, C. (2010). On the impact response of sandwich composites with

core of balsa wood and PVC foam. Composite Structures, 93, 40-48.

Bhuiyan, A., & Hosur, M. V., & Jeelani, S. (2009). Low- velocity impact response of

sandwich composites with nanophased foam core and biaxial (±450) braided face

sheets. Composites: Part B, 40, 561-571.

Campbell, F. C. (2010). Structural composite materials. Ohio: ASM International

Carlsson, L. A., & Kardomateas, G. A. (2011). Structural and failure mechanics of

sandwich composites. NY: Springer.

Daniel, I. M. (Ed.), & Gdoutos, E. E. (Ed.), & Rajapakse, Y. D. S (Ed.). (2009).

Major accomplishments in composite materials and sandwich structures. NY:

Springer.

Dear, J. P., & Lee, H., & Brown, S. A. (2005). Impact damage processes in

composites sheet and sandwich honeycomb materials. Internatiol Journal of

Impact Engineering, 32, 130-154.

74

Foo, C. C., & Seah, L. K., & Chai, G. B. (2008). Low-velocity impact failure of

aluminium honeycomb sandwich panels. Composites Structures, 85, 20-28.

Gay, D., & Hoa, S. V., & Tsai, S. W. (2003). Composite materials design and

applications. Florida: CRC Press.

Gören, A., & Ataş, C. (2008). Manufacturing of polymer matrix composites using

vacuum assisted resin infusion molding. Archives of Material Science and

Engineering, 34, 117-120.

Grant, P., & Rousseau, C. Q. (2000). Composite structures: theory and pratice.

Philadelphia: ASTM.

Groover M. P. (2007). Fundamentals of modern manufacturing materials, processes,

and systems (3rd ed.). NJ: John Wiley & Sons, Inc.

Gupta, N. (2003). Characterization of syntactic foams and their sandwich

composites: modelling and experimental, approaches. Bangalore.

Gustin, J., & Joneson, A., & Mahinfalah, M., & Stone, J. (2005). Low velocity

impact of combination kevlar/carbon fiber sandwich composites. Composite

Structures, 69, 396-406.

Hazizan, A., & Cantwell, W. J. (2003). The low velocity impact response of an

aluminium honeycomb sandwich structure. Composites: Part B, 34, 679-687.

Heimbs, S., & Cichosz, J., & Klaus, M., & Kilchert, S., & Johnson, A.F. (2010).

Sandwich structures with textile-reinforced composite foldcores under impact

loads. Composite Structures, 92, 1485-1497.

Herup, E. J., & Palazotto, A. N. (1997). Low-velocity impact damage initiation in

graphite/epoxy/nomex honeycomb-sandwich plates. Composites Science and

technology, 57, 1581-1598.

Hosur, M. V., & Abdullah, M., & Jeelani, S. (2005). Manufacturing and low-velocity

impact characterization of foam filled 3-D integrated core sandwich composites

with hybrid face sheets. Composite Structures, 69, 167-181.

75

Hosur, M. V., & Mohammed, A. A., & Zainuddin, S., & Jeelani, S. (2008).

Processing of nanoclay filled sandwich composites and their response to low-

velocity impact loading. Composite Structures, 82, 101-116.

Hosur, M. V., & Mohammed, A. A., & Zainuddin, S., Jeelani, S. (2008). Impact

performance of nanophased foam core sandwich composites. Materials Science

and Engineering A, 498, 100-109.

Jones, M. J. (1999). Mechanics of composite materials (2nd ed.). Philadelphia: CRC

Press.

Kaw, A. K. (2006). Mechanics of composite materials (2nd ed.). NW: CRC Press.

Mallick; P. K. (2007). Fiber-reinforced composites materials, manufacturing, and

design (3rd ed.). NW: CRC Press.

Mohan, K., & Yip, T. H., & Idapalapati, S., & Chen, Z. (2011). Impact response of

aluminum foam core sandwich structures. Materials Science and Engineering A,

529, 94-101.

Schubel, P. M., & Luo, J., & Daniel, I. M. (2005). Low velocity impact behavior of

composite sandwich panels. Composites: Part A, 36, 1389-1396.

Schubel, P. M., & Luo, J., & Daniel, I. M. (2007). Impact and post impact behavior

of composites sandwich panels, Composites: Part A, 38, 1051-1057.

Vaidya, U. K., & Hosur, M. V., & Earl, D., & Jeelani, S. (2000). Impact response of

integrated hollow core sandwich composite panels. Composites: Part A, 31, 761-

772.

sandvİÇ kompozİt plaklarin darbe darvaniŞlari

Documents